極限規格H 型鋼產品軋制缺陷分析及優化

李 彬，潘 利

（中國寶武集團馬鞍山鋼鐵股份有限公司，安徽 馬鞍山 243000）

熱軋H 型鋼是一種具有優越力學性能的經濟斷面型材，其截面模數大，連接方便，在建筑結構中具有良好的抗壓、抗彎性能，同時具有利于抗震等特點，廣泛用于工業廠房結構、設備基礎樁、機械設備的構件、鐵道車輛的大梁、市政及民用建筑等鋼結構中，應用前景十分廣闊[1-3]。隨著生產規模的不斷擴大，市場對H 型鋼有價格更低、軋制精度更高、性能更好的預期，對于生產企業而言，低投入和高回報始終是其最終的追求目標。中國寶武集團馬鞍山鋼鐵股份有限公司（全文簡稱“馬鋼”）作為擁有國內第一條H 型鋼生產線的企業，多年來憑借該產品優越的產品性能，一直有著中國名牌的稱號。但是在生產美標W21 系列產品時，其中W21×57/50/44 三個極限規格在開坯軋制后存在反舌頭，萬能軋制階段反舌頭較長的問題，如圖1 所示，極易發生翼緣撕裂，甚至插入立輥箱體的事故，其綜合成材率僅為83.88%，大大限制了企業產能的提升。

圖1 萬能軋制后舌頭形狀

本文通過對坯型、開坯孔型系統、軋制規程設計進行創新，提出了設備和工藝改進措施，大大降低了該系列產品軋制缺陷，以對H 型鋼的研究提供參考。

1 馬鋼大H 型鋼生產工藝流程

馬鋼大H 型鋼分廠主要生產工藝[4-5]：步進梁加熱爐→高壓水除鱗→二輥可逆開坯機（BD）→串列式（U1-E-U2）萬能粗軋機組→萬能精軋機（UF）→熱鋸→步進鏈式冷床→輥式矯直機→冷鋸→精整→打包。目前馬鋼大H 型鋼生產采用的是X-X-H 的軋制方式，X-X-H 的軋制代表的是U1-U2-UF 三個機架，U1-U2 是往復軋制，軋制時鋼的形狀是X 形狀，UF是成品孔，軋制時起到整形作用，把軋件從X 形變成H 形，工藝布置如圖2 所示。

圖2 馬鋼大H 型鋼平面布置

2 萬能軋制階段翼緣撕裂的原因分析

美標W21 系列極限規格W21×57/50/44 三個規格生產過程中一直存在BD 軋后反舌頭，進入萬能軋機軋制時翼緣延伸較長，端部翼緣向兩側擴展發生撕裂的現象。究其原因主要有兩點：一是采用BB1 坯型軋制時，開坯軋制后已經有反“舌頭”形貌，在萬能軋制階段造成腹板和翼緣的延伸不均衡，由于軋件翼緣部位在自由變形區，翼緣延伸較長且外擴，易造成翼緣撕裂甚至扎入立輥箱體的生產事故；二是受坯形限制，異形坯在BD 軋制階段采用外形尺寸750 mm×450 mm×120 mm 的BB1 坯型，而為得到合適尺寸的萬能來料，且該孔型系統要兼顧W21 系列其他規格產品，因此在軋制小規格產品時，軋件首先需在箱型孔壓腿，方可在異型孔延伸軋制，BD 階段軋件腿部金屬經過反復鐓粗，相對于腹板延伸較多，開坯軋制后軋件頭尾端部表現出反舌頭形狀，下頁圖3 為開坯孔型布置。

圖3 開坯機延伸孔型（mm）

進入萬能軋機軋制時，軋件在原規程軋制下，整個軋制過程中翼緣的壓縮比較大，且延伸偏大，這就會拉縮腹板的金屬量，萬能軋制前幾道次軋件腹板的金屬量較多，腹板受翼緣延伸所帶來的拉力影響不大，就會產生翼緣拉縮腹板拉不動的現象；最后幾道次翼緣部位金屬已不多，翼緣延伸較大，拉動腹板金屬，易造成腹板延伸大于翼緣延伸，打破了腹板和翼緣延伸平衡，也就產生了較長翼緣部位反舌頭現象，甚至在圓角處拉裂。軋制時很容易發生頭尾部位扎開翼緣插入立輥箱或者側導板的事故，造成不必要的經濟損失，嚴重限制了該系列產品的產能提升，因此，對該系列產品軋制工藝進行開發很有必要。

3 改進措施

由于該系列W21×57/50/44 三個規格產品在萬能階段均有產生翼緣撕裂的風險，且新工藝BD 和萬能軋制階段采用同一孔型系統，加之產生撕裂的問題主要原因集中在BD 階段變形不均勻，限于篇幅，這里僅以W21×44 規格為例，對軋制工藝的改進做簡要介紹。

3.1 更改坯料類型

采用BB2 坯型軋制，該坯料尺寸為500 mm×300 mm×120 mm，該坯型在加熱爐執行加熱制度工藝，加熱制度的制定以鋼坯加熱均勻、保證鋼坯完全奧氏體化、奧氏體晶粒均勻化為目的[6]，保證加熱段溫度在1 150～1 290 ℃，均熱段溫度在1 200～1 300 ℃。

3.2 優化開坯孔型和軋制規程

開坯軋制階段是工藝開發的關鍵，需要采用合適的坯型，并搭配合適的孔型系統，使得開坯后軋件變形為正向舌頭，在萬能階段腿腰延伸匹配的前提下，避免產生翼緣撕裂的情況，優化后的孔型系統如圖4所示。新孔型系統由4 個異型孔組成，軋件在異型孔即可完成開坯軋制，整個變形過程主要為擴腰和壓腿高，同時對腹板和翼緣變形而言更為適合，由原料至成品各部位變形更均勻，進入萬能軋制無反“舌頭”現象發生。

圖4 開坯機延伸孔型（mm）

采用新的孔型系統和軋制規程生產W21×57、W21×50、W21×44 規格時，軋件在4 個異型孔中依次完成擴腰、壓腿的過程，BD 軋后還有輕微正向“舌頭”，如圖5 所示。在萬能軋制階段，軋件也未發現有明顯的反舌頭情況，基本改善了軋件翼緣撕裂或者插入立輥箱的風險。

圖5 BD 軋制后舌頭形狀

3.3 優化萬能軋制規程

萬能軋制階段需根據BD 軋制后原料尺寸，同時配合新的軋制規程，將整個萬能軋制過程腹板與翼緣的壓縮比控制在1∶1.15，從而使整個萬能軋制過程腿腰變形較為均勻，得到最終滿足表面尺寸標準要求的產品。為進一步改善反舌頭的情況，在改善來料正“舌頭”的基礎上，將整個變形過程中翼緣的壓下量適當減小，并在一定程度適當減小翼緣的延伸量，改善變形翼緣拉縮腹板的情況，可基本消除翼緣扎入立輥箱體的風險。

3.4 優化軋輥設備

馬鋼大H 型鋼生產線采用1-3-1 串列式的萬能軋機，翼緣撕裂事故起因是延伸較長的翼緣使其處于自由變形區的端部，從而形成向兩側擴展的形狀，在往復軋制咬入軋機瞬間，扎開的翼緣首先接觸立輥，容易插入立輥箱體。鑒于此，在每次組產裝配軋輥前，控制好立輥本體和軸承座端蓋之間的空隙，保證立輥輥面與端蓋之間的間隙在3 mm 以內，這樣即使出現類似扎開或者撕裂的情況，也不至于使翼緣端部插入箱體，可在一定程度減少事故發生率。

4 結論

1）優化軋制工藝后，成功解決了W21×44 等極限規格H 型鋼在萬能軋制階段翼緣撕裂問題，產品表面質量和尺寸均符合標準要求；

2）將設備和軋制工藝相結合，可降低翼緣撕裂造成的故障發生率；

3）生產實踐證明，坯形和軋制規程優化后，W21系列產品綜合成材率由原來83.88%提升到了91.63%以上，極大釋放了該系列產品產能。