圓鋼成品尺寸的高精度控制研究

田鵬松

（宣化鋼鐵集團有限責任公司，河北 宣化 075100）

圓鋼產品廣泛地應用于汽車、軸承、機械制造等行業，用于生產連接桿、連接軸、螺母螺栓等零部件，尤其是高品質圓鋼，已經廣泛地應用于生產制造汽車用接軸、連接桿等方面，承擔著非常重要的功能。圓鋼品質越高，對于成品尺寸精度控制的要求也就格外高。隨著特鋼行業的迅猛發展，圓鋼從煉鋼到軋鋼的生產工藝大同小異，誰管理的越細，誰的成品尺寸控制精度越高，就越能滿足客戶的需求，相應地也就越能占領市場。

本文以我國北方一鋼廠的圓鋼產線為例，淺談圓鋼生產過程中成品尺寸精度的控制要點，該產線產品規格為Φ20 mm～Φ70 mm，鋼種涵括了優質碳素結構鋼、合金結構鋼、軸承鋼等，鋼坯斷面尺寸為165 mm×165 mm，全線共18 架軋機達涅利短應力線軋機，平立交替布置。

1 影響圓鋼成品尺寸的原因分析及控制措施

圓鋼的成品尺寸精度受多種因素的影響，包括鋼坯的斷面尺寸、加熱溫度、速度控制、軋機剛度、孔型系統及孔型磨損等[1]，以下逐一討論分析。

1.1 鋼坯的斷面尺寸

生產圓鋼要保證來料（鋼坯）的斷面尺寸規范統一，避免脫方。鋼坯脫方會直接影響各架軋機的孔型充滿程度，導致張力變化，從而影響圓鋼成品尺寸，軋制道次越多受影響越小，反之則越大，圖1 為脫方鋼坯的斷面圖。該產線Φ50 mm 以上規格圓鋼受坯料斷面影響較大，成品尺寸一般控制在國標第二組的范圍，Φ50 mm 以下規格則影響較小[2]，可以實現國標第一組控制。

圖1 脫方鋼坯的斷面圖

1.1.2 控制措施

1）加大入爐鋼坯的挑揀剔廢，避免脫方鋼坯入爐加熱軋制。脫方坯標準為對角線差不大于6 mm。

2）規范鋼坯澆鑄操作，主要是結晶器裝配時水縫要均勻，保證二冷水的水質，并且保證水嘴均勻噴水，防止斷面冷卻不均；選擇和鋼種匹配的結晶器保護渣；針對鋼種制定不同的拉速。

1.2 加熱溫度

1.2.1 原因分析

溫度制度、速度制度、變形制度合稱軋鋼三大制度，其中加熱溫度是影響鋼坯塑性變形的重要因素，溫度越低變形抗力越高，加熱溫度不均勻也會影響軋件斷面尺寸的變化規律[3]，溫度過高則會產生過熱、過燒等加熱缺陷，因此要針對鋼種制定具體的加熱溫度制度。

根據本課題研究初級階段的情況，做好資料收集，比如：師生關于“數學基本活動經驗”現狀調查報告、學生基本活動經驗成長記錄袋，整理初步提煉本課題階段研究成果。

1.2.2 控制措施

針對鋼種制定生產作業指導書，規范不同鋼種的爐溫、加熱時間及控制，保證鋼坯長度方向上的加熱均勻，通條溫度差小于30℃；使用出爐保溫罩，降低鋼坯軋制過程中的溫降。

1.3 速度控制

1.3.1 原因分析

該線為全連軋生產線，全連軋生產可以實現無張力軋制，保證鋼件在通過各機架軋機時，實現秒流量相同軋制。但若軋機機架間的張力控制不合適，會產生堆鋼或者拉鋼，直接反饋到成品尺寸的波動，更嚴重的會產生堆鋼、跑鋼等生產事故。

1.3.2 控制措施

調整軋機間速度來控制各架軋機間的張力，力求做到各機架秒流量相等。

規范主控操作，將各機架電流（力矩）曲線調平直，不出現臺階狀電流（力矩）曲線，圖2 為非正常力矩與正常力矩的對比圖。

圖2 非正常與正常力矩對比

設定合理的機架超前系數，控制中間料型頭尾尺寸，軋機超前系數一般控制在0.5～2.0 之間，成品軋機超前根據成品料型情況適當調整。經驗顯示生產Φ20 mm 規格圓鋼時，成品軋機超前系數設1.5，倍尺頭部尺寸20.5 mm，超前系數改為2 時，倍尺頭部尺寸可以達到20.2 mm 對成品尺寸影響較大，其他架次軋機超前一般設定為0.5 左右。

精軋速度控制（活套控制）。精軋區域主要通過調整活套來實現無張力軋制，活套主要參數：活套高度、起落套延時、活套前后軋機速度，通過調整以上參數達到控制秒流量的目的，經過幾年的摸索，總結出四種活套套形[4]，圖3 為活套控制示意圖。

圖3 活套控制示意圖

套形1：活套實際起套高度較設定值大，軋件容易在下一機架前產生堆鋼及甩尾現象；

套形2：活套實際起套高度與設定值恰當，活套輥工作正常，軋件能實現機架間無張力軋制；

套形3：活套高度設定值略小，實際起套高度較設定值略高，一方面活套輥能工作正常，另一方面軋件也能實現機架間無張力軋制，對紅坯料形控制較好，不易造成甩尾現象；

套形4：活套實際起套高度較設定值小，軋件對起套輥壓力較大，活套前后軋機拉鋼嚴重，影響紅坯料型，并且易導致起套輥磨損加快，機械故障多；

其中第2、3 種套形是穩定套形，根據實際設備及工藝條件進行選擇。第1、4 種套形是非正常套形，需及時調整活套設定高度或軋機速度使活套穩定。

1.4 軋機及導衛

1.4.1 原因分析

1）軋機軋輥串輥、軸錯等會造成該道次料型有間斷性或通條耳子，或該架次料型圓度超差，從而對成品尺寸造成影響或其他表面質量缺陷。

2）導衛安裝不合適，會導致成品料型的波動或其他生產、質量事故。

1.4.2 控制措施

1）提高軋機的裝配質量，關鍵架次選擇彈跳較小的軋機機架；保證軋機彈性阻尼等關鍵部件的質量；做好上線前的檢查工作，可以撬動軋輥判斷是否有串輥現象。

2）裝配時導輪中心對中。

3）過鋼時通過劃木印檢測導衛對中情況，要求軋件料寬兩側水線偏差在1 mm 以內。

1.5 孔型-料型系統

1.5.1 原因分析

圓鋼生產規格鋼種多，每增加1 mm 就是一個新規格，該生產線生產Φ20 mm～Φ70 mm 共25 個規格圓鋼，更換規格比較頻繁，月均30 次左右，為減少調整廢材縮短調整時間，必須對孔型料型進行優化。圓鋼孔型一般為橢圓-圓的孔型系統，軋件孔型中的穩定性差，孔型充滿程度難以控制[5]。

1.5.2 控制措施

增加共用孔型及料型，減少檢修時更換軋機數量；將每組孔型系列的K3/K5 也按成品孔型設計，方便料型調整[6]；將圓孔型當成品來調整，保證通條圓度；優先從粗軋開始進行逐架次調整，關鍵架次4、10、14 架料型要達到通條圓度尺寸符合要求，規定各區域軋機料型偏差范圍，粗軋控制在標準料型1 mm以內，中軋控制在0.5 mm 以內，精軋控制在0.2 mm以內[7]；合理使用測徑儀，測徑儀反饋尺寸不合適的要及時調整，圖4 為測徑儀工作狀態對照圖。

圖4 檢測圖

1.6 其他

1）在安排生產順序時盡可能按規格從小到大（或從大到小），料形尺寸接近的規格先后生產，可以大大縮短檢修調整時間和減少成品廢材。

2）收集各規格延伸系數參數，更換規格檢修時使用固定的料型及延伸系數，運行正常后，基本可以一支鋼出成品。

3）鋼種硬度不同會導致生產時軋件寬展不同，鋼種硬度越高料寬越大，故更換鋼種時需適當調整中間道次料型，例如45 鋼換GCr15 鋼時，K2-K4 軋機需收料0.2～0.4 mm，合理的安排鋼種順序有助于成品料型的控制[8]，通常我們的鋼種軋制順續為Q235C、45、20Cr、40Cr、CrMnTi、GCr15。

2 結語

通過分析影響圓鋼成品尺寸的因素，我們找出關鍵控制點，并在實際生產中有針對性的加以控制，該產線生產的圓鋼成品尺寸實現了GB/T 702—2017《熱軋鋼棒、尺寸、重量及允許偏差》第一組的精確控制[9]，取得了很好的效果。另外，在一些圓鋼生產線配備了四機架的三輥減定徑機組，用于實現圓鋼的減徑定徑，在實現圓鋼成品尺寸更高精度控制方面又前進了一步。