49mm×51mm異形方鋼的熱軋成型技術

摘 要：在湖北新冶鋼有限公司二軋鋼廠500/半連軋機組上，采用無孔型熱軋工藝生產寬厚比非常接近的異形方鋼，經多次試驗和改進，生產成功，其關鍵成型技術是鼓形寬展的控制。

關鍵詞：49mm×51mm異形方鋼熱軋成型技術

中圖分類號:TF7文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)08(a)-0053-03

49mm×51mm Special-shaped Square Steel Hot-rolled Molding Technology

Peng Renshu1，2 Wu Chunjing1

(1.School of Materials Sciencs and Engineering，University of Science and Technology Beijing， Beijing 100083; 2No.2 Rolling Factory，Hubei Xinyegang Steel Co.， Ltd.Huangshi 435001 )

Abstract:In the 500/semi-continuous rolling mill group ofNo.2 Rolling Factory，Hubei Xinyegang Steel Co.， Ltd.，uses non-pass hot rolling process production special-shaped square steel of compared to the very close in width and side， after experiments many times and improves， produces successfully， its key molding technology is the control which the drum shape spreads.

Key Word:49mm×51mmSpecial-shaped Square SteelHot rollingMolding Technology

引言

橋梁行業的扁形錨板用40Cr系列49mm×51mm尖角異形方鋼，既不是方鋼，也不是扁鋼，國家標準中也沒有相應的規定。這種異形規格方鋼形狀要求嚴格，熱軋成型非常困難，技術難度大，產品也沒有相應標準可以參考。目前國內沒有熱軋機直接軋制成型的，只能采用冷拉成型或軋成扁鋼切割使用。但冷拉成型產量低，成本高，阻礙了其發展和進步;軋成扁鋼切割使用則兩邊對稱性差，切割成本高、時間長。如果能通過軋制工藝生產出來，將是一次革命性的材料成型工藝改進。湖北新冶鋼有限公司二軋鋼廠通過多次試驗和改進，目前已生產49mm×51mm異形方鋼近千噸，得到了用戶的認可和好評。

1 試驗

湖北新冶鋼有限公司(大冶特殊鋼股份有限公司)二軋鋼廠是國內專業化扁鋼生產線，可以生產各種規格的扁鋼，開坯為500mm橫列式軋機，中精軋分別為420mm和380mm連軋機，49mm×51mm異形方鋼就在此機組進行試制。在開發此規格異形方鋼時，根據其不方不扁的特有形狀，中精軋采用無孔型軋制技術[1～2]。軋制中，如何分配各道次的壓下量和延伸系數至為關鍵，壓下量大則形狀不正，壓下量小則鋼材扭轉[3]。二軋鋼廠根據用戶對外形的要求，先后主要采用了兩種工藝進行試驗軋制，方案如下:

工藝方案1:180mm×220mm扁坯→中間坯68mm×76mm→58mm×80mm→60mm×60mm→52mm×61mm→54mm×48.5mm→49mm×51mm;

工藝方案2:180mm×220mm扁坯→中間坯68mm×76mm→58×80mmmm→60mm×64mm→52mm×65mm→53mm×55mm→48mm×57mm→49mm×51mm。

2試驗結果

經本試驗工藝方案生產的實物如圖1和圖2所示。

兩種工藝方案軋制出來的產品，主要存在的問題一樣，都是成品鋼材最后道次的非加工面(寬展面)呈現不規則圓弧凸出，即鼓形寬展。

測量10支鋼材，鼓形寬展值如表1所示。

3結果分析與探討

3.1 結果分析

無孔型軋制屬于簡單斷面孔型軋制。正因為簡單，沒有孔型的夾持和保護，所以工藝參數要求非常嚴格，調整難度大，外形控制難。無孔型生產出來的產品，因沒有孔型限制，寬展復雜，規律性不強。根據用戶對扁形錨板的要求，四個面都必須平整，才能定位鉆孔加工，如鉆孔偏移，則使用時扁錨受力不均勻，對壽命影響較大。因此，如何保持四個面平整，減小側面鼓形，減少鼓形寬展，是49mm×51mm異形方鋼軋制成功的關鍵。

3.2 形成機理

因軋輥與軋件的接觸表面的摩擦不同，以及變形區幾何形狀和尺寸的不同，因此沿接觸表面上金屬質點的流動軌跡與接觸表面附近的區域和遠離的區域是不同的。它一般由滑動寬展ΔB1、翻平寬展ΔB2、和鼓形寬展ΔB3三個部分組成[4]，如圖3所示(以工藝方案1生產的產品為例)。

ΔB1是軋件在軋輥的接觸面上由于產生相對滑動使軋件寬展的增加量;ΔB2是由于接觸摩擦阻力的作用，使用軋件側面的金屬在變形過程中翻轉到接觸面上使用軋件寬度增加的量;ΔB3是軋件側面變成鼓形而造成的寬展量。

受壓下量、寬高比和合金鑄鐵軋輥摩摩擦的影響，本次工藝試驗研究的49mm×51mm異形方鋼的寬展，翻平寬展ΔB2較小，可以忽略，應主要由滑動寬展ΔB1和鼓形寬展ΔB3構成，而對產品外形質量造影響的是ΔB3。

根據Б.П.巴赫契諾夫公式[5]，寬展Δb=1.15×Δh/2H×[(R×Δh)1/2-Δh/2f]，則工藝方案1的成品孔軋件寬展為:

Δb=1.15×5/(2×54)×[(190×5)1/2－5/(2×0.35)]=1.26mm

與測量數據比較可見:49×51mm異形方鋼的寬展主要是ΔB3。

工藝方案2的成品軋件寬展為:

Δb=1.15×6/(2×57)×[(190×6)1/2－6/(2×0.35)]=1.52mm

比較測量數據也非常接近，與以上分析吻合。

3.3 成型探討

49mm×51mm異形方鋼高寬比為96.1%，約等于1但又不等于1，在軋制工藝中很難由開口孔型生產出來(閉口孔型因成本太高共用性差所以開發意義不大)，最好的辦法就是無孔型軋制。但軋制中如何控制側面圓弧，保證外形平整，關鍵就是減少鼓形寬展。

由Б.П.巴赫契諾夫寬展公式及А.И.采里柯夫寬展理論，寬展是軋制條件的復雜函數，關系如下:

Δb=ψ(Δh，N，Dg，t，v，K1，K3，B，H，…)

式中，Δh為壓下量，N為軋制道次，Dg為軋輥工作直徑，t為軋制溫度，v為軋制速度，K1為軋輥材質及表面狀態，K3為軋件化學成分，B為變形前軋件寬度，H為變形前軋件高度。

結合以上分析，影響寬展ΔB3的主要因素有壓下量Δh、摩擦系數f、軋輥半徑R和變形前高度H，再根據49mm×51mm異形方鋼的特點和二軋鋼廠軋鋼工裝情況，如何控制壓下量Δh和摩擦系數f就成了關鍵。實際軋制生產過程中，最后一道次K1孔在保證軋件不扭轉的情況下采用小壓下量，側面圓弧有明顯好轉;通過降低軋制溫度、沖掉軋件的氧化鐵皮、適當提高軋制速度、降低軋輥表面粗糙度等措施，對改善側面凸出也收到了較好效果。

但對這種寬高比非常接近的異形方鋼，軋制中如何減小鼓形寬展ΔB3的比例，增加滑動寬展ΔB1和翻平寬展ΔB2的比例仍是一個值得深入探討的問題。

4 結語

(1)在熱軋機上用無孔型軋制工藝生產40Cr系列49mm×51mm異形方鋼是可行的。

(2)軋制這種類似的寬厚非常接近的異形方鋼，關鍵是要控制鼓形寬展。

(3)減少鼓形寬展的重點是壓下量的分配，如果能在精軋道次盡可能地減輕壓下量對控制產品外形平整度極為有利。

參考文獻

[1]潘振華．無孔型軋制技術的開發與應用．山東冶金，2010，32(4):12-13

[2]李子文，趙西成，劉良元，等．無孔型軋制技術的研究與開發．中國科學院上海冶金研究所，2000.

[3]謝顯宏，周玉容，陳世芳，等．無孔型軋制的研究．四川冶金，1989(2):10-12.

[4]朱旭光，程鼎．H型鋼萬能軋制寬展分析．軋鋼，2006，23(1):22-32.

[5]王廷溥．軋制理論與工藝．北京:冶金工業出版社，1995.