熱軋H型鋼翼緣端部缺陷原因分析與改進

田志燦

(山東鋼鐵股份公司萊蕪分公司)

熱軋H型鋼翼緣端部缺陷原因分析與改進

田志燦

(山東鋼鐵股份公司萊蕪分公司)

分析了萊鋼H400x400規格翼緣端部未充滿缺陷的產生原因，通過采取完善加熱、速度以及變形制度，優化壓下規程及軋邊機槽深等措施，最終使得此缺陷得到有效解決。

H型鋼 孔型參數 壓下規程 加熱制度 速度制度 變形制度 軋槽深度

0 前言

萊鋼大H型鋼生產線的主體設備從德國SMS公司引進，軋制工藝采用“X-H”往復式軋制，并結合動態AGC技術以及TCS調整系統，具有國際先進水平。該條生產線于2005年9月份投產運行，主要生產多種規格的H型鋼、工字鋼產品，其H型鋼翼緣最大高度為400 mm，腹板最大寬度為900 mm。其中TM機組包括三架軋機，為UR(萬能粗軋)-ED(軋邊機)-UF(萬能精軋)，TM的三架軋機集成了世界最新的H型鋼軋制技術，主要包括X-H軋制技術(德國西馬克公司專利技術)和TCS(包括AGC和HAGC)輥縫自動控制技術。X-H軋制工藝技術具有流程短，投資少，生產成本低，調整手段多等優點。但是這兩項先進技術對孔型設計和壓下規程的設計要求較嚴，設備維護不到位或者工藝設計不合理都會導致質量缺陷難以控制，影響產品質量和成材率等經濟指標的提升。翼緣端部充滿程度影響H型鋼翼緣尺寸精度以及端面平整度，隨著型鋼應用行業的普及，鋼結構企業對此缺陷的重視程度顯著增加。

1 問題的提出

大型H型鋼H400x400規格為大型線截面模量最大，是該生產線的極限規格。由于坯料翼緣半腿尺寸為175 mm，生產該規格時導致腿部金屬量先天不足。

現場拓樣(中部)與BD孔型軋機孔型比對后得到以下數據：

(1)BD后軋件實際半腿厚為89 mm，孔型中半腿厚為95 mm;

(2)實際半腿高為208.5 mm.孔型中半腿高188 mm,BD最后一道次輥縫38 mm，軋機彈跳為4 mm～5 mm，得出實際軋制時孔型中半腿高為188+19+2.5=209.5 mm;

通過拓樣面積計算BD孔型中腿腰延伸比為1.03，而TM成品翼緣與腹板金屬量比為2.02，根據TM軋機最后一道次腿腰延伸比1.03推算，BD終軋軋件的腿腰延伸比應為1.34。

中未完全充滿；另一方面實際軋件在BD孔型軋制后腹板金屬量較大，對翼緣的拉縮作用明顯。

2 翼緣端部未充滿原因分析

2.1 BD軋機成品孔型的設計

其中規格基本尺寸為：

規格：H400×400×13×21/172 kg/m

執行標準：GB/T 11263 - 2010

尺寸公差：腰高(±3.0)，腿寬(±3.0)，腹板厚度(±1.0)，翼緣厚度(±1.7)

成品標準內寬：BHnom=400-21*2=358 mm

成品標準半腿高：BTnom=(400-21)/2=193.5 mm

根據相應理論計算得出：BHUF=359 mm～360 mm BHUR =357 mm～362 mm

BD軋機成品孔的設計依據精軋機及成品參數，由于該參數在實際生產過程中已經固化，受產品尺寸的限制，可優化的空間有限。A孔的設計(成品孔)尺寸參數設計如下：

(1) 半腿高a的確定：

一般半腿高a比成品BTbeamnom小5 mm～10 mm，這里取7.5 mm，所以A孔槽深取188 mm。

(2) 內幅寬的確定：

根據BD來料內寬一般比UR的BH值小9 mm～20 mm，成品腿越長，取值越大，也考慮UR水平輥與軋件的咬入點，咬入點位置在中位點以下附近，這里取20 mm，所以A孔內幅寬為342 mm；目前外方人員原始設計該尺寸為327 mm。

(3) 內側壁斜度偏移量的確定：

內側壁偏移量一般取5 mm～15 mm，成品半腿高越小，取值越小，這里取15 mm。

(4) 內側壁R1、R2的確定：

根據近R2一般比成品R角大8 mm～15 mm， R1=200 mm，R2=30 mm

(5) 內側壁斜度ψ1的確定：

內側壁斜度ψ1取100～180，成品半腿越大，斜度越小，這里取14.18。

(6) 外側壁斜度偏移量的確定：

外側壁斜度偏移量一般取5 mm～10 mm，這里取10 mm。

(7) 外側壁R3、R4的確定：

R3=250 mm，R4=45 mm

(8) 外側壁斜度ψ2的確定：

外側壁斜度ψ1取30～50，考慮實際生產中的腿外側拉絲和今后可修改的余地，這里取3.93。

(9) 腿端圓角r1、r2的確定：

一般取12 mm～15 mm，這里取15 mm。

(10) 半腿寬的確定：

由TM壓下規程可知，半腿寬為99.8 mm。

2.2 TM軋邊機前幾道次基本沒有壓下量，不能對翼緣端部進行良好加工。

軋邊機控制翼緣長度控制和分配翼緣金屬量的原理見圖1。軋邊機的作用是軋制軋件的翼緣，不對軋件的腹板進行軋制，軋件腹板與輥面有一定的間隙。但是會由于軋邊機的槽深問題、三架軋機軋制線高度以及連軋堆拉關系的問題，造成軋件單側腹板與軋輥表面接觸現象，從而形成上下偏心。這就對軋邊機的槽深設計提出了嚴格的要求，，軋邊機負荷低于100 kN，不能對翼緣端部進行加工。

圖1 軋邊機孔型示意圖

2.3 TM軋制溫度過高，翼緣寬展小，導致頭尾充滿度好，中間差。

2.4 軋制過程中拉鋼，中間充滿度差。

由于考慮軋件的翼緣寬度控制在公差范圍內，不出現明顯的翼緣波浪缺陷，在TM軋機堆拉關系的調整中，一般采用拉鋼的狀態。但是這樣造成了軋件中部翼緣腿部金屬充滿度差，頭尾充滿度較好的情況。

3 翼緣端部未充滿缺陷解決措施

3.1 優化BD孔型參數。

根據BD來料內寬一般比UR的BH值小9 mm ～20 mm，成品腿越長，取值越大，也考慮UR水平輥與軋件的咬入點，咬入點位置在中位點以下附近，這里取20 mm，所以A孔內幅寬應為342 mm；目前設計值為327 mm，導致與精軋機擴腰量為30 mm以上，造成軋件咬入困難和拉縮翼緣；需要將內幅寬尺寸由原來的327 mm改為342 mm。BD成品孔優化前后示意圖如圖 2所示。

圖2 BD成品孔優化前后示意圖

3.2 優化BD壓下規程，合理分配各道次壓下量。

根據TM成品翼緣與腹板金屬量比為2.02，考慮TM翼緣與腹板延伸比控制在1.01～1.05之間五道次軋制，倒推BD來料翼緣和腹板的金屬量比應為1.34，而根據實際拓樣計算：BD來料翼緣和腹板的金屬量比為2.06，從而確定BD的壓下規程，原先最后一道次38 mm，現在33 mm，考慮BD負荷分配各道次壓下量，防止斷輥，改為9道次。

3.3 TM壓下規程優化

前期立輥壓下量加大增加翼緣的寬展，軋邊機適當壓下，保證各道次翼緣端部均能得到良好加工。

3.4 加熱制度、軋機速度制度的優化。

(1)加熱溫度以保證BD軋機軋制負荷不超過280 bar為前提，按照1 270 ℃基礎上以10 ℃為單位遞減。

(2)TM速度制度按照下表執行。控制TM軋制速度，從而控制終軋溫度，增加翼緣的寬展。

表1 H400X400規格TM軋機速度制度

3.5 軋機堆拉關系的調整。

控制好TM的對拉關系，避免拉鋼。

3.6 軋邊機的槽深優化

軋邊機原始孔槽深度的設計公式為：

H=(2×BT×1.01-k)*0.5

其中BT為軋件的標準半腿長

k是為了避免調整過程中軋制軋件的腹板，留有足夠的調整余地，避免發生堆鋼事故。經驗值取值范圍5 mm～7 mm。

軋邊機槽深設計完成后必須進行相應的調試優化，調試的過程中遵循的原則是軋邊機輥縫比軋件的腹板厚度大1mm時，軋件的翼緣長度控制在標準尺寸上。部分規格軋邊機軋槽深度優化前后對比見表2。

表2 部分規格軋邊機軋槽深度優化前后對比表

4 結語

(1)H400x400規格翼緣端部未充滿的主要調整手段主要對孔型參數的調整以及軋邊機槽深尺寸的控制。

(2)軋邊機槽深優化至關重要。單側翼緣過分長需要將軋邊機槽深減淺，單側翼緣過分短類需要將軋邊機槽深加深。

[1] 俞漢清.金屬塑性成形原理[M].西北工業大學，1999.8(2014.1)

[2] 康永林.軋制工程學[M].北京：冶金工業出版社，2014.6

CAUSE ANALYSIS AND IMPROVEMENT OF END DEFECTS ON HOT ROLLED H STEEL FLANGE

Tian zhican

(Laiwu branch of Shandong Iron and Steel Co., Ltd.,)

The causes of non-full of defects on the H400x400 specifications flange are analyzed, The defects were effectively resolved through perfecting the heating, speed and deformation system, optimizing the press rules and edger groove depth etc.

H type steel pass parameter press down regulation heating system speed system deformation system rolling groove depth

2016-9-18

*聯系人：田志燦,工程師,山東.萊蕪(271104)，山東省萊蕪市鋼城區型鋼廠;