田 允

（中鋼石家莊工程設(shè)計(jì)研究院有限公司）

0 前言

某裝備技術(shù)有限公司大棒材生產(chǎn)線主要裝備有1 座步進(jìn)式加熱爐，1 架Φ1 350 mm 二輥可逆式粗軋機(jī)，1 臺(tái)液壓剪，8 架無(wú)牌坊、短應(yīng)力線高剛度精軋機(jī)，1 座編組臺(tái)架，3 臺(tái)金屬鋸，3 座冷床。原料使用Φ 300 ～600 mm 連鑄圓坯，軋制規(guī)格Φ 80 ～300 mm 圓鋼及部分方坯，可生產(chǎn)合金結(jié)構(gòu)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(chǎn)線具有以下特點(diǎn)：（1）Φ1 350 mm二輥可逆軋機(jī)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(yīng)力增加。等效塑性應(yīng)變隨著道次變形程度的增加而增大，而大的變形程度會(huì)促使等效應(yīng)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(guī)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(tài)下粘性較強(qiáng)的含鎳鋼種的氧化鐵皮。

1 生產(chǎn)中存在的問(wèn)題

隨著公司產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整，整條軋線產(chǎn)能逐漸釋放，軋材頭部彎曲超出GB/T 702—2017 國(guó)標(biāo)Ⅱ組比例在不斷增加，彎曲材在交付用戶之前必須經(jīng)過(guò)矯直，不能隨正常鋼材一起發(fā)運(yùn)，只能等矯直完畢后一起入庫(kù)發(fā)運(yùn)，在大圓鋼矯直機(jī)未投入生產(chǎn)之前，借用快鍛機(jī)矯直鋼材，由于矯直精度的原因，用戶要求彎曲度執(zhí)行GB/T 702—2017國(guó)標(biāo)Ⅰ組無(wú)法接單，造成訂單大量丟失。矯直生產(chǎn)與快鍛機(jī)正常生產(chǎn)發(fā)生沖突，既影響了鍛材的正常生產(chǎn)和交付，又影響了軋材訂單的正常交付。

棒材頭部彎曲是國(guó)內(nèi)棒材廠面臨的質(zhì)量難題，鋼材頭部彎曲長(zhǎng)度大部分在2.5 m 左右。型鋼矯直機(jī)存在矯直盲區(qū)，在軋材頭尾部≤500 mm 范圍內(nèi)不能充分發(fā)揮矯直精度。如何將頭部彎曲長(zhǎng)度減小，降低頭部彎曲比率，縮短用戶訂單交付時(shí)間，成為亟待解決的問(wèn)題。筆者結(jié)合大棒材生產(chǎn)線加熱、軋制、精整收集等每一個(gè)環(huán)節(jié)，從軋機(jī)孔型延伸系數(shù)分配，軋輥車削、短應(yīng)力線軋機(jī)裝配、進(jìn)出口導(dǎo)衛(wèi)安裝尺寸調(diào)整，鋸切溫度、緩冷收集等方面對(duì)鋼材產(chǎn)生的頭部彎曲進(jìn)行了分析。

2 軋材頭部彎曲數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

2020 年7 月—2021 年4 月Φ140 mm 以上規(guī)格軋材頭部彎曲統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。

從表1 可以看出，產(chǎn)量較大的Φ140 mm 以上規(guī)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(tǒng)計(jì)

3 彎曲原因分析

3.1 延伸系數(shù)分配分析

大棒材生產(chǎn)線采取的孔型系統(tǒng)：粗軋機(jī)采用箱型孔型，精軋機(jī)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(chǎn)，但不同規(guī)格軋材的開(kāi)坯道次和精軋道次不盡相同。同一坯料軋制不同規(guī)格軋材的軋制工藝對(duì)比見(jiàn)表2。

表2 同一坯料不同規(guī)格軋制工藝對(duì)比

從表2 可以看出，Φ 200 mm 軋材相比規(guī)格相近的Φ 210 mm 和Φ 230 軋材，采用的中間坯料規(guī)格大，軋制道次多，延伸系數(shù)大?，F(xiàn)挑選幾個(gè)代表規(guī)格，進(jìn)行精軋機(jī)延伸系數(shù)計(jì)算，使用270 mm×270 mm和300 mm×300 mm 中間坯料軋制的不同規(guī)格圓鋼的總延伸系數(shù)、平均延伸系數(shù)比較見(jiàn)表3。

表3 不同規(guī)格軋材總延伸系數(shù)和平均延伸系數(shù)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(shù)最大，而其他規(guī)格圓鋼的延伸系數(shù)相對(duì)較小，容易造成坯料在立軋機(jī)圓孔型中充不滿，孔型的側(cè)壁對(duì)軋件的加持差，造成軋件在成品孔變形時(shí)受力不均，軋件產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，進(jìn)而造成軋件彎曲。

3.2 短應(yīng)力線精軋機(jī)裝配分析

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

精軋機(jī)裝配時(shí)，成品軋機(jī)軋輥軸錯(cuò)，成品孔錯(cuò)位，軋件在成品孔變形時(shí)受力不均，軋件產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，進(jìn)而造成軋件彎曲。

3.3 導(dǎo)衛(wèi)安裝分析[3]

進(jìn)口導(dǎo)板安裝不當(dāng)會(huì)出現(xiàn)下面幾種情況：（1）進(jìn)口導(dǎo)版安裝過(guò)高或過(guò)低會(huì)造成軋件出軋機(jī)后向上抬頭和向下扎頭，產(chǎn)生上彎曲或下彎曲；（2）當(dāng)進(jìn)口導(dǎo)板一高一低時(shí)，軋件進(jìn)入導(dǎo)板時(shí)形成軋制中心線與孔型中心線偏離，產(chǎn)生力偶，使軋件出成品孔后扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生彎曲；（3）進(jìn)口導(dǎo)板左右安裝不當(dāng)偏向一側(cè)時(shí)，使得軋件出軋機(jī)后軋件產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)向一側(cè)彎曲。

進(jìn)出口導(dǎo)衛(wèi)間隙與料型尺寸調(diào)整不合適時(shí)，也會(huì)使軋件產(chǎn)生彎曲。間隙尺寸過(guò)大，失去了導(dǎo)衛(wèi)夾持功能，容易形成軋件頭部彎曲。當(dāng)進(jìn)口導(dǎo)衛(wèi)間隙調(diào)整到與料型尺寸一致時(shí)，檢查現(xiàn)場(chǎng)拆下的進(jìn)口導(dǎo)衛(wèi)偏心軸，部分已呈現(xiàn)彎曲，這說(shuō)明進(jìn)口導(dǎo)衛(wèi)間隙尺寸與料型尺寸一致，保證了軋件咬入穩(wěn)定性，可避免軋件產(chǎn)生彎曲。

3.4 精整工序分析

由于生產(chǎn)大規(guī)格圓鋼時(shí)，定尺分段采用金屬鋸鋸切而不是剪切，因此不會(huì)因切斷變形產(chǎn)生頭部彎曲。

步進(jìn)式冷床很好地解決了圓鋼在冷卻過(guò)程中的彎曲問(wèn)題。

對(duì)硬度和探傷有要求的軋材需要高溫收集并入緩冷坑進(jìn)行緩冷，容易產(chǎn)生整支彎曲。

4 減少?gòu)澢扇〉拇胧?/h2>

4.1 重新分配延伸系數(shù)

根據(jù)延伸系數(shù)計(jì)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(gè)規(guī)格中間方由270 mm×270 mm 調(diào)整為300 mm×300 mm，增大延伸系數(shù)，但對(duì)已成型孔型系統(tǒng)、進(jìn)出口導(dǎo)衛(wèi)需要重新設(shè)計(jì)，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(guī)格孔型系統(tǒng)進(jìn)行改造。采取措施前和中心分配后不同規(guī)格軋材總延伸系數(shù)和平均延伸系數(shù)分別見(jiàn)表4 和表5。

表4 采取措施前不同規(guī)格軋材總延伸系數(shù)和平均延伸系數(shù)

表5 重新分配不同規(guī)格軋材總延伸系數(shù)和平均延伸系數(shù)

4.2 軋機(jī)裝配

在生產(chǎn)準(zhǔn)備間裝配短應(yīng)力線軋機(jī)時(shí)，通過(guò)調(diào)整軸向尺寸，保證軋槽軋制中心線對(duì)中。

在線更換軋機(jī)時(shí)，中心線保持在同一個(gè)高度，同時(shí)調(diào)整機(jī)架間工作輥道和成品軋機(jī)出口輥道尺寸，使其保持在同一高度。

4.3 進(jìn)出口導(dǎo)衛(wèi)安裝

進(jìn)口導(dǎo)衛(wèi)間隙調(diào)整到與料型尺寸一致，保證軋件咬入穩(wěn)定性。

通過(guò)與導(dǎo)衛(wèi)制造廠家現(xiàn)場(chǎng)交流，在出口導(dǎo)衛(wèi)內(nèi)側(cè)壁增加對(duì)稱耐磨板厚度，使出口導(dǎo)衛(wèi)單側(cè)尺寸比料型尺寸大7.5 ～10 mm。

4.4 其他措施

生產(chǎn)Φ180300 mm 圓鋼時(shí)，利用空過(guò)K1、K2機(jī)架，在K2 機(jī)架位置增加一架成品軋機(jī)，起到定徑效果。

正常生產(chǎn)時(shí)，軋機(jī)調(diào)整工及時(shí)測(cè)量料型尺寸，減少軋件出軋機(jī)時(shí)的扭轉(zhuǎn)。

5 效果

通過(guò)在成品軋機(jī)后增加一架同孔型軋機(jī)起定徑效果實(shí)驗(yàn)，對(duì)解決頭部彎曲效果不明顯。

經(jīng)使用修改的孔型系統(tǒng)和調(diào)整尺寸的導(dǎo)衛(wèi)，在生產(chǎn)某一鋼種Φ220 mm 圓鋼時(shí),頭部彎曲比例由改造前的約10%降低到約3%。

6 結(jié)論

（1）通過(guò)增大延伸系數(shù)，增加軋件在孔型中的充滿度，軋件在孔型內(nèi)變形時(shí)受力均勻，避免軋件產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，減少軋件彎曲。

（2）短應(yīng)力線軋機(jī)裝配和在線更換時(shí)，保證軋制中心線在同一高度，對(duì)減少?gòu)澢忻黠@效果。

（3）選擇合適的進(jìn)出口導(dǎo)衛(wèi)安裝尺寸，對(duì)減少?gòu)澢忻黠@效果。