張　純，武志強

(1.南京鋼鐵股份有限公司， 江蘇 南京　210035；2.東北大學軋制技術(shù)及連軋自動化國家重點實驗室， 遼寧 沈陽　110819)

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球扁鋼生產(chǎn)問題淺析*

張純1，武志強2

(1.南京鋼鐵股份有限公司， 江蘇 南京210035；2.東北大學軋制技術(shù)及連軋自動化國家重點實驗室， 遼寧 沈陽110819)

介紹了球扁鋼的特點及分類，提出了球扁鋼的生產(chǎn)工藝及側(cè)彎的解決方法。

球扁鋼； 工藝設(shè)計； 彎曲變形； 產(chǎn)品合格率

引言

球扁鋼是船舶專用結(jié)構(gòu)型鋼，就像人的肋骨一樣在船體結(jié)構(gòu)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，大型船只和艦艇在設(shè)計時其主船體大多選用球扁鋼作扶強材，與船體鋼板通過焊接或者其他方式連接組成各種結(jié)構(gòu)，用于防撓及扶強[1]。按照目前市場價格，球扁鋼經(jīng)濟效益很好，每噸價格可比角鋼、普通H型鋼、工字鋼等高出1000元以上，且成本無明顯增加。從每噸凈收入角度看，由于普通型鋼的價格已接近甚至低于成本，因此生產(chǎn)球扁鋼企業(yè)的凈收入可達前者的10倍以上[2]。

1　球扁鋼的特點

球扁鋼的形狀如圖1所示，由球頭和腹板兩部分構(gòu)成，由于其形狀不規(guī)則，斷面不對稱，因此，它軋制時在孔型內(nèi)的穩(wěn)定性很差，不均勻變形比較強烈，這給軋制道次變形分配、軋制過程中斷面溫度控制以及軋件在冷床上冷卻過程中側(cè)彎變形等都帶來了決定性影響，致使長期以來球扁鋼的成材率一般只有80%左右。

圖1　球扁鋼的形狀

圖1中，h為球頭高度；b為球扁鋼寬度；l為腹板厚度；r1為球頂面與腹板間的圓角半徑、球端圓角半徑;r為腹板端部圓角半徑；d為重心距離。

球扁鋼種類繁多，根據(jù)GB/T9945-2001，從強度級別上，分為一般強度球扁鋼和高強度球扁鋼。一般強度球扁鋼的屈服強度大于235 MPa，根據(jù)其韌性要求不同，分為A, B, D, E四個質(zhì)量等級；高強度球扁鋼的屈服強度大于315 MPa，分為三個強度等級和三個質(zhì)量等級。其中315 MPa級球扁鋼分為A32,D32,E32，其沖擊韌性要求不同，A級要求在0 ℃、D級在-20 ℃、E級在-40 ℃下的沖擊韌性均能達到31 J；355 MPa級球扁鋼分為A36,D36,E36，其不同溫度下的沖擊韌性均能達到34 J；390 MPa級球扁鋼分為A40,D40，其不同溫度下的沖擊韌性均能達到41 J。

2　生產(chǎn)工藝

鑒于球扁鋼的特殊形狀與生產(chǎn)效率，在工藝設(shè)計時必須考慮到以下幾個方面：保證球扁鋼的精確成形及組織性能；變形相對較為均勻；提高軋件在孔型內(nèi)的穩(wěn)定性；選擇適當?shù)拈_軋溫度與終軋溫度；減輕軋機的負荷；提高軋輥的使用率，盡量降低軋輥準備[3]。

就船用球扁鋼而言，作為造船的重要型鋼材料，對鋼材的強韌性、表面質(zhì)量以及尺寸精度要求均較高，因此要嚴格控制軋制過程的相關(guān)工藝技術(shù)參數(shù)：

1)開軋溫度控制在1000～1100 ℃，避免坯料在加熱爐內(nèi)過高溫度下的長時間停留；

2)粗軋道次采用大壓下量，壓下量占總壓下量的60%，盡可能地在成形前使晶粒破碎，以確保成品性能；精軋道次壓下量占總壓下量的40%，以保證產(chǎn)品的變形均勻，避免側(cè)彎等現(xiàn)象；

3)為了使球扁鋼晶粒細小均勻并提高產(chǎn)品強度和沖擊韌性，終軋溫度控制在840～900 ℃；

4)為減少成品表面麻點等缺陷，確保產(chǎn)品表面質(zhì)量，可增加高壓水除鱗設(shè)備；

5)鋼材軋制后送至冷床上冷卻，減少側(cè)彎現(xiàn)象。

球扁鋼的生產(chǎn)工藝流程一般設(shè)置為：原料準備—加熱—高壓水除鱗—粗軋—中軋—精軋—熱鋸鋸切—冷床冷卻—矯直—檢驗—定尺鋸切—包裝—入庫。

3　側(cè)彎問題及解決方法

3.1軋制過程中側(cè)彎問題

軋制過程中的彎曲變形主要是由于軋制過程中球頭和腹板的壓下率不一致引起的，可以采用高強度粗軋機增大粗軋道次的壓下量和不均勻變形，減小精軋道次球頭和腹板壓下率不一致的程度，使精軋道次中球頭和腹板的變形量相對均勻，并減輕精軋機組的工作負荷。通過該方法得到的產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，合格率可達99%以上[3]。

3.2自然空冷過程中的側(cè)彎問題

在軋后冷卻的過程中產(chǎn)生的彎曲變形主要是由于不均勻溫度場引起的[4]，可以通過加快球頭部位的冷卻速度，減小球頭與腹板的冷卻速度差，從而改善球扁鋼橫截面內(nèi)溫度場分布不均勻的程度。柳鋼

中型廠在球扁鋼生產(chǎn)實踐中發(fā)現(xiàn)，在250 ℃時對整根軋件進行快速冷卻，使球頭與腹板的冷卻速度差盡可能的小，可以有效地控制球扁鋼的彎曲變形[5]。采取在精軋后輥道上對球扁鋼球頭外側(cè)面進行強制冷卻的方法(如圖2所示)，可有效減小側(cè)彎程度[6]。

圖2　球頭快冷裝置

4　結(jié)束語

通過優(yōu)化軋制和冷卻工藝，以及有效地解決球扁鋼生產(chǎn)過程的側(cè)彎問題，可以得到高強韌性、理想的表面質(zhì)量以及尺寸精度的產(chǎn)品，并且提高了產(chǎn)品的成材率以及合格率。

[1]徐旭東, 劉相華, 吳迪,等. 改善H型鋼斷面性能均勻性的研究[J]. 塑性工程學報, 2003, 10(5):82—85.

[2]吳迪, 嚴鳳榮. 球扁鋼和L型鋼共用孔型系統(tǒng)中成品孔的研究[J]. 鋼鐵, 2001, 36(6):29—31.

[3]王吉林, 趙勛. 球扁鋼的工藝方案設(shè)計[J]. 現(xiàn)代冶金, 2003, 31(5):9—11.

[4]張增磊. 球扁鋼軋后冷卻彎曲變形理論分析[J]. 特鋼技術(shù), 2013，(4):10—12.

[5]唐劍, 鄒勇. 24#船用球扁鋼軋制孔型設(shè)計[J]. 柳鋼科技, 2008，(2):29—31.

[6]李建華, 樊澤興, 趙遠峰. 球扁鋼、L型鋼長尺生產(chǎn)技術(shù)淺析[J]. 物理測試, 2012, 30(4):19—21.

2016-03-16

張純(1987—)，女，本科，助理工程師。電話：15895806963；E-mail:176040702@qq.com

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