集裝箱用特種槽鋼的研制開發

孫啟朋，張欣，李國棟，楊遠鋒

（濟鋼集團有限公司中型軋鋼廠，山東濟南 250100）

生產技術

集裝箱用特種槽鋼的研制開發

孫啟朋，張欣，李國棟，楊遠鋒

（濟鋼集團有限公司中型軋鋼廠，山東濟南 250100）

為拓寬產品系列，濟鋼中型軋鋼廠利用橫列式軋機，150 mm×150 mm連鑄方坯，12道次軋制，開發生產了集裝箱用特種槽鋼。通過優化設計關鍵道次的孔型、導衛、控冷、矯直及深加工工藝等，特別是K1孔設計采用了類直軋的閉口控制式孔型系統，降低了后續矯直壓力和軋輥消耗。實踐證明，開發的工藝可行，產品的力學性能、外形尺寸、表面質量等指標均能夠滿足企業標準及用戶要求，成材率達到94.3%。

集裝箱用鋼；特種槽鋼；軋制；工藝開發；孔型設計

1 前言

為了在夾縫中尋找生存空間，提高產品檔次，2011年濟鋼中型軋鋼廠調整了產品結構。經過前期市場考察，了解到華東市場集裝箱槽鋼每月需求在1.5萬～2.0萬t，價格較普通國標槽鋼高500元/t，利潤空間可觀，而山東省內沒有能夠生產集裝箱槽鋼的企業。因此，濟鋼中型軋鋼廠抓住這個市場的有利期，僅用兩個月的時間就完成了工藝研發和后續的工裝準備，第1次試軋就獲得成功，外觀幾何尺寸和機械性能指標均滿足用戶要求。已批量生產，創造了較好的經濟效益。

2 設備概況計及產品分析

主要設備：蓄熱式全燃焦爐煤氣加熱爐1座，Φ 650×1/Φ540×2/Φ460×2/Φ450×1軋機機列，Φ 550十輥懸臂式矯直機2臺，型鋼冷床2臺等。根據現有坯料資源，決定選擇150 mm×150 mm連鑄方坯，材質為SM490YA，化學成分見表1。

表1 SM490YA連鑄方坯化學成分%

工藝流程：坯料加熱→Φ540 I架軋機粗軋→Φ 540 II架軋機中軋→Φ460×2軋機精軋→Φ450成品軋機→熱鋸鋸切→冷床冷卻→矯直→質量檢查→包裝、稱重入庫。

生產集裝箱用特種槽鋼的技術難點在于：1）成品幾何尺寸公差范圍較小，尺寸精度高；2）孔型系統的選擇；3）各道次變形參數的確定；4）各軋機壓下量的分配；5）如何提高各道次孔型過鋼量，減少軋輥消耗；6）在矯直機能力不足的情況下，如何確定相應工藝。

113 集裝箱槽鋼結構及幾何尺寸標準見圖1。

圖1 集裝箱槽鋼結構

槽鋼腰高H=（113±0.5）mm，腰厚d=（12±0.5）mm，腿寬B=（40±0.5）mm，腿端厚為（6±0.4）mm，內側圓角R=8 mm，外側圓角r≤3 mm，腿內側壁斜度10%，腿端倒角為3×45°。

濟鋼中型軋鋼廠有豐富的普通國標槽鋼開發和生產經驗，深諳普通槽鋼的變形規律，給集裝箱用特種槽鋼的開發奠定了技術基礎。

3 軋鋼工藝設計

3.1 總體設計思路

用150 mm×150 mm連鑄方坯生產113集裝箱槽鋼，采用12道次軋制，道次分配為7—2—1—1—1。Φ540 I架軋機軋制7道次，利用粗軋階段鋼溫高，延伸系數大等特點，在Φ540 I架軋機上對軋件進行大變形軋制，在保證足夠的延伸前提下切分出集裝箱槽鋼的雛形。從Φ540 I架向后，鋼溫逐漸變低，軋件的變形抗力增加，壓下量逐道次減小。成品腿短且薄，在軋制過程中，溫降較快，腿部變形抗力增加，軋輥磨損快，其腿部和腰部間的變形規律和普通槽鋼有較大差別。成品腿部成型精度較高，還要保證3×45°的倒角。為了避免由于溫降過快給軋制過程帶來的困難和軋輥磨損過快，提出了新的工藝設計思路，即甩開Φ650軋機，縮短軋制流程，直接用Φ540 I架作為粗軋機。此工藝布局大大降低了工序成本，同時也利于軋制過程的順暢。

3.2 關鍵道次的工藝設計

1）K1孔設計。K1孔在集裝箱槽鋼的工藝設計中至關重要，集裝箱槽鋼腿部薄且短，在軋制過程中溫降較大，軋輥磨損快，到產品軋機時軋件的腿部容易變肥，從而影響腿長；同時集裝箱槽鋼對外形幾何尺寸要求嚴格，其外形尺寸公差范圍小，尺寸控制精度高；其次，兩腿端部要求有3×45°的倒角，不得出現“耳子”、折疊等現象；再者，由于成品腰比普通槽鋼偏厚，現場矯直機的能力不能保證產品彎腰撓度。結合以上幾個方面，K1孔型設計成類直軋閉口控制式孔型，腰部斜度定為2.7%。

2）成品前孔K2的設計。K2孔除保證為成品孔提供合理的軋材外，還要保證合理的料形進入成品孔，從而避免成品孔磨損快，給生產帶來不必要的重復性換孔作業。K1是類直軋式孔型，其側壁斜度較小，較小的磨損將意味著較大的修復量；K3及之前的設計，是典型的彎腰大斜度槽式孔型系統［1］。所以K2孔型設計時，無論腿部側壓還是斜度，都必須保證過渡順暢。K2的腿部斜度設定為10%。

3）K5和K3的設計。K5和K3作為控制孔控制腿長，打破了普通槽鋼K5和K2作為控制孔的常規布置。由于成品腿長較普通槽鋼偏小，并且端部要求有特殊倒角，因此，K5和K3在孔型設計時也設計了相對應大小的倒角。

4）K6和K4的設計。K6和K4下道次對應的都是控制孔型，首先要保證下一道次軋件順利咬入；其次保證腿部金屬充滿且腿外側不會起臺［2］。所以，其腿長的設計數據和實際數據不能有較大的出入。為了滿足以上條件，K6和K4軋件的腰部和腿部壓下系數和寬展系數的選取就必須科學合理。

各道次孔型示意圖如圖2所示。

圖2 各道次孔型示意圖

3.3 導衛設計

由于成品尺寸精度控制較嚴格，因此，導衛的設計［3］、制造和使用前的修磨都較普通槽鋼復雜、精細。為此設計了專門的導衛系統；結合實際軋件尺寸，設計合理的進出口寬度。這些措施的實施，在控制軋件的幾何尺寸、軋件在孔型中的穩定性、保證產品表面質量方面都起到了積極的作用。

3.4 控冷及矯直工藝設計

由于成品要求有良好的綜合機械性能和焊接性能，在制定控冷工藝［4］時，要求成品機后使用穿水冷卻，以保障良好的力學性能。冷床禁止用水，采用自然冷卻，保證矯前溫度在100～150℃，同時矯直輥部分上輥和下輥對應設計成凹槽和凸臺。取得了較好的矯直效果。

4 深加工工藝設計

軋制出的集裝箱用槽鋼并不是最終產品，用戶要求是軋制出的產品用帶鋸斷成2 658（0，-1）mm或2 353（0，-1）mm的定尺，且兩端部的腰部和腿部外側都要加工成45°，斷面結構如圖3所示。

圖3 集裝箱槽鋼斷面加工尺寸

利用原閑置廠房，對軋制后的集裝箱槽鋼進行深加工。加工工藝分為拆捆、鋸切、倒角、打捆。

1）拆捆。制作3.5 m×12 m拆捆臺架，破捆平攤后拉入輥道。

2）鋸切。前頭設一定尺擋板，2臺帶鋸同時鋸切出定尺。因長度定尺公差1 mm，安裝加工需精密。采用分層鋸切的方式，一層4支鋼夾緊后，兩鋸同時鋸切，一次出8根。

3）倒角。采用雙面銑床的動力頭對槽鋼兩頭同時銑削，銑削工作長度1 800 mm，銑削完腰部6× 45°的倒角后翻面銑削腿部3×45°的倒角。

4）打捆。由輥道送出后，拉至排鋼臺面，分兩組打捆、包裝。

5 成品各項參數分析

隨機對不同爐號不同批號的10批槽鋼進行抽檢，具體性能指標見表2，同時對成品外形尺寸進行抽樣測量。結果表明，產品力學性能、尺寸精度、表面質量等各項指標均滿足企業內控標準及用戶要求。濟鋼中型軋鋼廠利用現有設備開發的集裝箱用特種槽鋼生產工藝可行。

表2 SM490YA材質集裝箱槽鋼各項力學性能

6 結語

濟鋼中型軋鋼廠用150 mm×150 mm方坯、橫列式軋機生產集裝箱用特種槽鋼，工藝設計合理，軋件在各道次變形參數的設定，用軋輥工藝彌補矯直能力不足、軋后控冷工藝及深加工線的設計等都有獨到之處。集裝箱用特種槽鋼的開發和生產，豐富了濟鋼的產品系列，實現了“產品+服務”的結構調整，提高了產品檔次。2011年共計生產該槽鋼約4 500 t，成材率達到94.3%，平均輥耗5.5 kg/t。由于采用獨特的孔型系統，特別是K1孔的設計，彌補了后部矯直能力不足帶來的外形缺陷，產品滿足客戶和企業標準要求。

［1］許云祥.型鋼孔型設計［M］.北京：冶金工業出版社，2009.

［2］王廷浦.軋鋼工藝學［M］.北京：冶金工業出版社，1981.

［3］白光潤.型鋼孔型設計［M］.北京：冶金工業出版社，1995.

［4］崔忠圻，覃耀春.金屬學與熱處理［M］.2版.北京：機械工業出版社，2011.

Research and Development of Special Channel Steel for Container

SUN Qipeng,ZHANG Xin,LI Guodong,YANG Yuanfeng
（The Medium Section Rolling Plant of Jinan Iron and Steel Group Corporation,Jinan 250100,China）

In order to broaden the product range,The Medium Section Rolling Plant of Jinan Steel developed and produced special channel steel for container by open-train mill,150 mm×150 mm continuous casting billet and 12 passes.The groove of key pass, guide and controlled cooling,straightening and deep processing technologies were designed and optimized.Especially,the design of K1 pass used a vertical-like and closed control type pass system.The follow-up straightening pressure and roll consumption were reduced.Practices showed that developed processes are feasible,the mechanical properties,dimensions and surface quality of the products all meet the needs of the standard of the enterprise and users.The qualified product radio reached 94.3%.

steel for container;special channel steel;rolling;process development;pass design

TG335.4

B

1004-4620（2013）01-0014-02

2012-10-22

孫啟朋，男，1980年生，2006年畢業于安徽工業大學材料成型及控制工程專業。現為濟鋼中型軋鋼廠助理工程師，從事軋鋼工藝技術工作。