大規格圓鋼頭部彎曲分析與控制

2021-04-14 09:38:46田允

河南冶金 2021年6期

田允

（中鋼石家莊工程設計研究院有限公司）

0 前言

某裝備技術有限公司大棒材生產線主要裝備有1 座步進式加熱爐，1 架Φ1 350 mm 二輥可逆式粗軋機，1 臺液壓剪，8 架無牌坊、短應力線高剛度精軋機，1 座編組臺架，3 臺金屬鋸，3 座冷床。原料使用Φ 300 ～600 mm 連鑄圓坯，軋制規格Φ 80 ～300 mm 圓鋼及部分方坯，可生產合金結構鋼、齒輪鋼、保淬透性鋼、石油套管鋼、管線鋼、高壓鍋爐管鋼、氣瓶鋼、軸承鋼等鋼種。

這套大棒材生產線具有以下特點：（1）Φ1 350 mm二輥可逆軋機能夠軋制Φ1 100 mm 的坯料；（2）單道次最大壓下量90 mm，變形程度增加使得軋件軋后殘余應力增加。等效塑性應變隨著道次變形程度的增加而增大，而大的變形程度會促使等效應變滲透至軋件芯部，為消除或減小軋件芯部組織缺陷提供了解決措施，從而提高了材料的使用壽命[1]；（3）最大除鱗壓力35 MPa（較常規水除鱗壓力大10 MPa），除鱗打擊力1.4 N/mm2，能有效去除高溫狀態下粘性較強的含鎳鋼種的氧化鐵皮。

1 生產中存在的問題

隨著公司產品結構調整，整條軋線產能逐漸釋放，軋材頭部彎曲超出GB/T 702—2017 國標Ⅱ組比例在不斷增加，彎曲材在交付用戶之前必須經過矯直，不能隨正常鋼材一起發運，只能等矯直完畢后一起入庫發運，在大圓鋼矯直機未投入生產之前，借用快鍛機矯直鋼材，由于矯直精度的原因，用戶要求彎曲度執行GB/T 702—2017國標Ⅰ組無法接單，造成訂單大量丟失。矯直生產與快鍛機正常生產發生沖突，既影響了鍛材的正常生產和交付，又影響了軋材訂單的正常交付。

棒材頭部彎曲是國內棒材廠面臨的質量難題，鋼材頭部彎曲長度大部分在2.5 m 左右。型鋼矯直機存在矯直盲區，在軋材頭尾部≤500 mm 范圍內不能充分發揮矯直精度。如何將頭部彎曲長度減小，降低頭部彎曲比率，縮短用戶訂單交付時間，成為亟待解決的問題。筆者結合大棒材生產線加熱、軋制、精整收集等每一個環節，從軋機孔型延伸系數分配，軋輥車削、短應力線軋機裝配、進出口導衛安裝尺寸調整，鋸切溫度、緩冷收集等方面對鋼材產生的頭部彎曲進行了分析。

2 軋材頭部彎曲數據統計

2020 年7 月—2021 年4 月Φ140 mm 以上規格軋材頭部彎曲統計見表1。

從表1 可以看出，產量較大的Φ140 mm 以上規格軋材中，Φ200 mm 的軋材頭部彎曲比例最小。

表1 軋材頭部彎曲統計

3 彎曲原因分析

3.1 延伸系數分配分析

大棒材生產線采取的孔型系統：粗軋機采用箱型孔型，精軋機采用橢圓-圓孔型。Φ140 ～300 mm軋材可使用同一坯料Φ600 mm 的連鑄圓坯生產，但不同規格軋材的開坯道次和精軋道次不盡相同。同一坯料軋制不同規格軋材的軋制工藝對比見表2。

表2 同一坯料不同規格軋制工藝對比

從表2 可以看出，Φ 200 mm 軋材相比規格相近的Φ 210 mm 和Φ 230 軋材，采用的中間坯料規格大，軋制道次多，延伸系數大?，F挑選幾個代表規格，進行精軋機延伸系數計算，使用270 mm×270 mm和300 mm×300 mm 中間坯料軋制的不同規格圓鋼的總延伸系數、平均延伸系數比較見表3。

表3 不同規格軋材總延伸系數和平均延伸系數比較

從表3 可以看出，Φ 200 mm 軋材的頭部彎曲比例最小的原因之一是Φ 200 mm 軋材的延伸系數最大，而其他規格圓鋼的延伸系數相對較小，容易造成坯料在立軋機圓孔型中充不滿，孔型的側壁對軋件的加持差，造成軋件在成品孔變形時受力不均，軋件產生扭轉，進而造成軋件彎曲。

3.2 短應力線精軋機裝配分析

精軋機裝配時，各架軋機軋制中心線未對齊[2]，機架間工作輥道和成品軋機出口輥道是否保持在同一高度，這些都影響著軋件出軋機后的平直度。如果高度不一致，會造成軋件出軋機后頭部向上彎或向下彎，從而造成軋件頭部彎曲。

精軋機裝配時，成品軋機軋輥軸錯，成品孔錯位，軋件在成品孔變形時受力不均，軋件產生扭轉，進而造成軋件彎曲。

3.3 導衛安裝分析[3]

進口導板安裝不當會出現下面幾種情況：（1）進口導版安裝過高或過低會造成軋件出軋機后向上抬頭和向下扎頭，產生上彎曲或下彎曲；（2）當進口導板一高一低時，軋件進入導板時形成軋制中心線與孔型中心線偏離，產生力偶，使軋件出成品孔后扭轉產生彎曲；（3）進口導板左右安裝不當偏向一側時，使得軋件出軋機后軋件產生扭轉向一側彎曲。

進出口導衛間隙與料型尺寸調整不合適時，也會使軋件產生彎曲。間隙尺寸過大，失去了導衛夾持功能，容易形成軋件頭部彎曲。當進口導衛間隙調整到與料型尺寸一致時，檢查現場拆下的進口導衛偏心軸，部分已呈現彎曲，這說明進口導衛間隙尺寸與料型尺寸一致，保證了軋件咬入穩定性，可避免軋件產生彎曲。

3.4 精整工序分析

由于生產大規格圓鋼時，定尺分段采用金屬鋸鋸切而不是剪切，因此不會因切斷變形產生頭部彎曲。

步進式冷床很好地解決了圓鋼在冷卻過程中的彎曲問題。

對硬度和探傷有要求的軋材需要高溫收集并入緩冷坑進行緩冷，容易產生整支彎曲。

4 減少彎曲采取的措施

4.1 重新分配延伸系數

根據延伸系數計算重新分配道次，將頭部彎曲比例較大的Φ180 mm、Φ190 mm、Φ220 mm三個規格中間方由270 mm×270 mm 調整為300 mm×300 mm，增大延伸系數，但對已成型孔型系統、進出口導衛需要重新設計，需要重新車削軋輥孔型，工作量很大，成本增加，因此可先試行將Φ220 mm 規格孔型系統進行改造。采取措施前和中心分配后不同規格軋材總延伸系數和平均延伸系數分別見表4 和表5。