供稿| 李宏偉，宋利剛，李 智

型鋼矯直原理及矯直缺陷分析

供稿| 李宏偉，宋利剛，李 智

內容導讀

矯直工序是整個型鋼生產的關鍵工序，對產品的質量起著決定性作用。由于型鋼端面形狀的不對稱性，鋼材在冷卻過程中由于冷卻不均極易產生各種彎曲，此外在運輸過程、矯直過程中還經常會出現(xiàn)彎曲、扭轉、啃傷、矯痕等缺陷。文章簡要分析了900矯直機的矯直原理，并分析了在矯直過程中上述各種缺陷產生的主要原因，通過對輥縫調整、輥裝配質量、矯直溫度、矯直輥磨損情況等矯直條件的摸索，對上述缺陷提出了有效的解決方法。

由于型鋼端面形狀的不對稱性，軋制后的成品鋼材往往不夠平直，其端面形狀也不夠正確。在鋼材冷卻過程中，由于冷卻不均會使鋼材發(fā)生彎曲或瓢曲。在其運輸過程中還會因頂撞擋板或其他障礙物而造成歪曲或端部扭偏。因此，在型鋼生產中，矯直工序是整個精整生產工序的關鍵，對產品的最終質量起著決定性作用。隨著市場競爭的日益激烈，用戶對產品質量的要求越來越高。作為型鋼生產廠家，應不斷完善矯直工序，減少矯直缺陷，提高矯直質量[1]。

工藝概況

唐鋼型鋼生產線是一條生產角鋼、礦用U型鋼、礦用工字鋼、輕軌、槽鋼、圓鋼、方坯的生產線，年產量50多萬t。矯直工序包括一臺800輥式型鋼矯直機、一臺900輥式型鋼矯直機和一臺型鋼碼垛機。為滿足型鋼不同規(guī)格對矯直精度的要求，800矯直機與900矯直機并列在線安裝，兩個矯直機通過液壓橫移裝置進行交替作業(yè)。其矯直工序工藝流程為：冷卻后的型鋼成品→分鋼機分鋼→矯直機矯直→檢驗臺架檢驗→碼垛機碼垛→稱重→打捆輥道打捆→成品臺架吊裝。

矯直機結構及工作原理

圖1 900矯直機結構示意圖

平行輥矯直機理論基礎就是金屬材料在較大彈塑性彎曲條件下，不管其原始彎曲程度有多大區(qū)別，在彈復后所殘留的彎曲程度差別會顯著減小，甚至會趨于一致。隨著壓彎程度的減小，其彈復后的殘留彎曲必然會一致趨近于零值而達到矯直目的。對900矯直機矯直過程進行理論分析，如圖2。圖中曲線代表工件的彎曲彎矩比 與彎曲曲率比C的關系。它既包含彎矩與彎曲程度的關系，也包含彈復能力與彎曲程度的關系。首先按最大的原始彎曲C0′來確定其反彎矯直所需之壓彎曲率比Cw1，即Cw1等值線與M-C曲線交于a′點，由a′彈復時必須回到零點0（Cc1′=0），以后的各壓彎值（Cw2-Cw7）都這樣確定。于是C0的M-C曲線由a點彈回，一般沒有塑性變形，必然彈回到C0點。第一次壓彎彈復后的彎曲狀態(tài)為0～C0，對其進行第二次反彎所用的Cw2自然是矯直C0所需之壓彎值。這個壓彎值對于第一次已經矯直的部位必將形成第二次壓彎且與其M-C曲線交于b′點。第二次彎曲后工件由b及b′點彈復，C0部分被矯直由b點回零，而壓彎部分由b′回到Cc2。第三次反彎要把最大原始彎曲C03（C03= Cc2）矯直而壓到d′點，同時把已直的部分又壓到d點，矯后彈復分別回到零點及Cc3點。第四次反彎時Cc3作為新的最大原始彎曲C04又被矯直而壓到e′點，同時把已直的部分又壓到e點，矯后彈復分別回到零點及Cc4點。第五次反彎時Cc4作為新的最大原始彎曲C05又被矯直而壓到f′點，同時把已直的部分又壓到f點，矯后彈復分別回到零點及Cc5點。第六次反彎時Cc5作為新的最大原始彎曲C06又被矯直而壓到g′點，同時把已直的部分又壓到g點，矯后彈復分別回到零點及Cc6點。而由g′點殘留的Cc6作為第七次反彎的原始最大彎曲C07被壓彎到h′點并可以矯直，同時已直部分被壓彎到h點彈復后殘留Cc7的彎曲，一般這個Cc7常在允許精度之內，即到達了矯直要求，則為合格[3]。從這個矯直過程看，壓彎量增大時殘余量的差值減小，當壓彎次數(shù)增加時殘留量的差值也減小，遞減量合適時殘留量才能趨近于零值。也就說明矯直過程必經的兩個階段，第一段是減少差值，第二階段是消除殘彎。也可以說是先統(tǒng)一（殘留彎曲）后矯直。這就是所說的逐步矯直法，即過去常說的小變形矯直法[4]。

圖2 9輥矯直與小變形壓彎M

矯直缺陷原因分析與解決措施

上下彎曲缺陷

上下彎曲超標是矯直過程中首先要保證消除的缺陷。其產生原因是：(1)軋件在冷床冷卻過程中由于冷卻水不能均勻分布在型鋼表面，頭部冷卻速度較快，先行彎曲，形成浴盆狀，使腹板上的積水不能流出，導致上表面收縮率明顯大于型鋼下表面，產生上彎。(2)萬能機組上下軋輥的輥徑差過大，軋件上下表面溫度不同，導致軋制時型鋼上下表面的延伸率不同，產生上下彎曲缺陷。(3)矯直輥各輥輥徑超出公差范圍，各輥壓下分配不合理。

解決措施：(1)為消除不均勻變形，首先應該使2輥壓下量足夠大，滿足型鋼塑變要求。消除型鋼原有變形，達到統(tǒng)一的變形的目的。(2)保證合理有序的過鋼節(jié)奏，加大矯直測量次數(shù)，確保矯直中心在一條直線上。制定矯直輥裝配標準，保證安裝正確，有據可查。(3)建立BH值與矯直輥間距的關系，做到合理配輥，保證輥縫在1～3 mm之間；

左右彎曲缺陷

型鋼左右彎曲也叫側彎。型鋼側彎的形成主要有三個方面：(1)軋機兩側壓下量不同，使來料一側延伸率大于另一側，直接導致兩側翼緣厚度不一致。由于軋輥兩側的磨削量不同，軋制過程中，兩側腿的延伸率亦不同，造成延伸率大的一側腿薄，延伸率小的腿厚，矯直過程中，在同等的受力條件下，自然出現(xiàn)側彎。(2)來料在冷卻過程中，冷床長度方向存在溫差，空氣在冷床底部形成一個自下向上，自北向南的循環(huán)，導致軋件向北彎曲。(3)矯后的彎曲主要原因為軸向零位標定不準，立輥壓力過大或過小造成的。

解決措施：(1)優(yōu)化水量，優(yōu)化步距。盡可能的使型鋼完整進入水區(qū)，加強現(xiàn)場通風，保證型鋼進入水區(qū)前溫度小于400℃。水冷時間不宜過長，因為冷卻時翼緣為拉伸—壓縮—拉伸過程，腹板為壓縮—拉抻—壓縮過程，所以過長時間冷卻會引起較大的側彎并伴隨下彎、上彎現(xiàn)象的出現(xiàn)。如H250×250規(guī)格，步距選取560 mm，各區(qū)水量為20%、30%、60%、90%、100%。這樣冷卻后的型鋼基本平直，為矯直打下良好基礎。水量控制也是我們未來總結的重點。(2)做好矯直機軸向零位標定，合理利用軸向。經常觀察立輥和型鋼之間的間隙，做到準確調整。

扭轉與側壁斜度超差

扭轉產生的主要原因為： 矯直機各輥軸向相差太大或出入口的水平輥位置不當。如3輥偏北，5輥偏南，使型鋼存在一對力偶作用，產生扭轉。扭轉出現(xiàn)的時候，我們會看到型鋼剛出矯直機時頭部明顯劇烈擺動，過矯直后能夠明顯看到扭轉。

側壁斜度超差產生的原因為：(1)輥型不正；壓力過大，型鋼與矯直輥間隙過小。(2)輥子磨損、矯直機軸竄動過大，液壓螺母沒有鎖緊或者止推軸承磨損過大都會引起側壁斜度超差。

解決措施：明確軸向位置，加大矯直壓力。不要單獨打8輥軸向，調整側彎時應以每相臨的3個輥為一個調整單元，保證矯直穩(wěn)定性。側壁斜度的處理措施是經常注意檢查各輥軸向位置，竄動情況。注意在不同間隙情況下，最大矯直力的選取。對H2與H3的測量做到每批抽查，以做到及時調整。

啃傷、矯裂、矯痕缺陷

產生啃傷缺陷的主要原因是輥型不正確，輥子表面有瘤，輥型磨損嚴重等原因。另外，由于操作不慎，入口導板過寬或偏斜，輥型設計不當，鋼材偏過等情況均能引起鋼材啃傷。

矯裂產生的主要原因是多次回矯，產生加工硬化；矯直力過大；冷卻不均勻，出現(xiàn)驟冷的情況；腹板與翼緣金屬延伸比嚴重不平衡；型鋼BH值與矯直輥間距過大，直接壓到圓角上都會形成矯裂、矯痕。

解決措施：經常檢查相應輥面磨損情況，有積瘤的要及時清理；觀察進鋼情況，保證入口導位位置正確；經?？砍C直盤圓角與成品圓角；制定合理的矯直力，盡量避免回矯；合理控制冷卻過程；保證型鋼低于80℃進入矯直機；注意觀察各輥軸向、垂直竄動量，做到及時應對[2]。

結束語

型鋼廠從投產至今，現(xiàn)場操作人員的熟練程度和缺陷原因判斷水平不斷提高，通過不斷地對輥縫調整、輥裝配質量、矯直溫度、矯直輥磨損情況等進行摸索，矯直缺陷發(fā)生次數(shù)不斷減少，型鋼產品質量得到很大提高，滿足了用戶要求，大大增強了型鋼產品的市場競爭力。

[1] 馬保振，李慶敏. 型鋼矯直中產生缺陷的原因及改進. 冶金設備，2007,(3):77-78

[2] 崔甫. 矯直原理與矯直機械. 北京：冶金工業(yè)出版社，2005

[3] 李忠富，臧勇，王會剛. 型鋼九輥矯直力能參數(shù)與壓彎撓度關系解析. 北京科技大學學報，2004(5)

[4] 于鳳琴，杜鳳山，解恒坤. 輥式型鋼矯直機的結構參數(shù)研究. 重型機械，2007(3)：24-26

The Principle and Defect Analysis in Section Steel straightening

LI Hong-wei, SONG Li-gang, LI Zhi

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李宏偉（1984—），男，2007年畢業(yè)于武漢科技大學，現(xiàn)在河北鋼鐵集團唐鋼第二鋼軋廠型鋼車間工作

河北鋼鐵集團唐鋼第二鋼軋廠，河北 唐山，063016