淺析H 型鋼腹板彎曲機理及消除措施

翟 兵 王建軍 辛本龍 石孜江 王玉文 韓海生 張忠良 王 坤 于雷雷

1.前言

近年來，國內(nèi)熱軋H型鋼產(chǎn)量穩(wěn)步增長，2022年達到2030萬噸，其中在裝配建筑行業(yè)使用的薄壁輕型規(guī)格需求前景可觀。優(yōu)化熱軋H型鋼結(jié)構(gòu)力學特性和設計特性，意義重大。

金鼎重工裝配式高強度建筑H型鋼產(chǎn)線，工藝技術(shù)和裝備達到國內(nèi)同行領先水平。配置了兩座采用空煤氣雙蓄熱燃燒技術(shù)和汽化冷卻技術(shù)的步進式加熱爐、一架BD二輥可逆開坯軋機、一臺飛剪、十一架萬能/二輥精軋機組、一座 153m帶水霧冷卻系統(tǒng)的長尺步進＋鏈式冷床、一臺十輥矯直機、長尺編組臺架、五臺冷鋸機(一臺固定式冷鋸、四臺移動式冷鋸)、兩套型鋼碼垛及收集臺架等設備。生產(chǎn)線采用適用、成熟、可靠、綠色、節(jié)能、環(huán)保的先進技術(shù)和設備，集中體現(xiàn)了型鋼生產(chǎn)專業(yè)化、規(guī)?；⒅悄芑?、持續(xù)化的設計理念，以及高產(chǎn)、高效、高質(zhì)量、低成本的生產(chǎn)理念。

2.熱軋規(guī)格腹板彎曲現(xiàn)狀

2.1 腹板彎曲現(xiàn)狀概況

熱軋H型鋼在生產(chǎn)過程中，部分輕薄型規(guī)格出現(xiàn)了不同程度的腹板彎曲現(xiàn)象，其中較為突出的是規(guī)格為H396×199×7×11mm的產(chǎn)品，在熱軋過程中難以控制，無法實現(xiàn)保質(zhì)穩(wěn)定生產(chǎn)。根據(jù)中型鋼產(chǎn)線生產(chǎn)統(tǒng)計，常規(guī)熱軋型鋼腹板彎曲存在超標及無法徹底解決現(xiàn)象，對產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)指標影響嚴重。根據(jù)某一段時間生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，產(chǎn)品尺寸類質(zhì)量缺陷、具體規(guī)格腹板彎曲測量、腹板彎曲分布見圖1。

圖1 各規(guī)格腹板彎曲分布情況

2.2 腹板彎曲超標情況

根據(jù)國標標準，金鼎型鋼對現(xiàn)有規(guī)格腹板彎曲程度范圍進行調(diào)查分析，發(fā)現(xiàn)H396×199mm規(guī)格腹部彎曲度較為嚴重，超過國標范圍（0～2mm）（見圖2）。通過對市場產(chǎn)品調(diào)研和生產(chǎn)現(xiàn)場的測量調(diào)查，發(fā)現(xiàn)H396×199mm規(guī)格腹板彎曲均存在控制瓶頸，且長期面臨生產(chǎn)不穩(wěn)定難題。

圖2 H396*199mm規(guī)格超標統(tǒng)計

3.腹板彎曲產(chǎn)生機理分析

通過對產(chǎn)線各個工藝段實物測量，追溯腹板彎曲發(fā)生的工藝路徑，可以發(fā)現(xiàn)，中間坯在粗軋大壓下往復軋制后，整體腹板延軋制方向均呈現(xiàn)半弧，后經(jīng)萬能精軋機組水平壓下變形。此過程由于腹板和翼緣的延伸不能完全均勻變形，腹板縱向呈現(xiàn)中間薄、兩端偏厚的現(xiàn)象，軋制速度越快，延伸后該現(xiàn)象越明顯，尤其輕薄型規(guī)格尤為突出。由此可以確定，腹板彎曲產(chǎn)生的根本原因，是金屬塑性變形的不平衡造成的。

由于軋件在熱軋機架間上下腹板溫差不同，同時軋件在冷床環(huán)冷過程中，內(nèi)應力不能完全消除，且金屬量在R角積存冷卻速度慢，截面冷卻不均，加大了腹板彎心程度。

另外，通過SPC物化性溯源發(fā)現(xiàn)，由于普碳鋼與低合金鋼的成分不同、強度差異，普碳鋼腹板彎心較為明顯。由此可得出，強度低是造成熱軋H型鋼腹板彎心的間接因素。

4.腹板彎曲控制措施

4.1 熱變形區(qū)域控制措施

針對短應力軋制機架軋制的半成品及成品腹板厚度不均，對各機架水平軋輥工作面的平直度及車削精度磨損情況進行檢查。成品腹板呈中間薄、兩邊厚，厚度不均，需要對腹板塑性變形過程中存在的殘余內(nèi)應力等進行有效改善。

首先，機架塑性變形在一定區(qū)間，采用控制合理軋制溫度，使軋件表層和芯部晶粒大小均勻，避免晶粒度差值在1.5以上。針對成品腹板厚度不均，制定措施，通過軋制原理，對各道次、各機架間壓力及微張力平衡進行調(diào)整，解決腹板厚度存在的問題。匹配優(yōu)化水平輥BI值，調(diào)整水平軋機，調(diào)整軋機輥縫，控制負差，控制標準-2.7%，使腹板厚度保持正差。

其次，軋制過程中，型鋼上腹板有大量冷卻水，下腹板沒有，由于上下冷卻存在溫差，造成腹板出現(xiàn)冷卻溫差。采用萬能機架過橋反吹氣，在成品出口增設反吹氣，減少上腹板與水接觸，確保熱軋成品軋件上下腹板溫差在±50℃以內(nèi)。

4.2 冷變形區(qū)控制措施

針對腹板橫向受力變形存在失衡，通過外力介入，強制校正腹板與翼緣平衡。采?。孩偻ㄟ^液壓設備局部外力校正平整；②矯直機上2/上4輥進行強制平衡壓下。

針對腹板R角處快速冷卻，通過強制冷變形和強冷改善腹板彎心現(xiàn)象。采?。孩倮浯卜摿⒗?，保證冷卻均勻；②冷床噴霧，強制冷卻，矯直溫度控制在20℃以下。

4.3 應用實踐改善情況

通過對H396×199mm規(guī)格腹板彎曲調(diào)整控制，由實施前的最高彎曲程度約3mm左右，控制到最高1.6mm左右，成功達到了目標值。

5.結(jié)論

輕薄型H型鋼腹板彎曲問題可以通過冷彎矯正、熱軋壓力加工過程調(diào)整減輕甚至消除。根據(jù)規(guī)格特點、實物質(zhì)量形貌，找出腹板彎曲產(chǎn)生環(huán)節(jié)，是快速解決腹板彎曲問題的突破口。

參考文獻略