供稿|秦聰，陳通，耿專(zhuān)，呂利偉，王海洋

內(nèi)容導(dǎo)讀

隨著社會(huì)不斷進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展，角鋼在建筑、橋梁、機(jī)械制造與造船業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，為了滿足市場(chǎng)需要和提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，角鋼在表面質(zhì)量方面和幾何形狀尺寸方面要求也越來(lái)越高，尤其是160 mm 以上等邊角鋼質(zhì)量要求更為嚴(yán)格。唐鋼新區(qū)在160 mm 以上等邊角鋼生產(chǎn)中，通過(guò)相應(yīng)的技術(shù)研究和生產(chǎn)實(shí)踐，采用提高鑄坯質(zhì)量和優(yōu)化軋制孔型等工藝，使160 mm 以上等邊角鋼的一檢合格率得到明顯提升。

角鋼俗稱角鐵，是兩邊互相垂直成角形的長(zhǎng)條鋼材，有等邊角鋼和不等邊角鋼之分；Q355B、Q420B 是角鋼[1?4]比較常用的鋼材，在使用中具有很高的強(qiáng)度、良好的抗疲勞性能；可按結(jié)構(gòu)的不同需求組成各種不同的受力構(gòu)件，也可作構(gòu)件之間的連接件，廣泛地用于各種建筑結(jié)構(gòu)和工程結(jié)構(gòu)，如房梁、橋梁、輸電塔、起重運(yùn)輸機(jī)械、船舶、容器架、電纜溝支架、倉(cāng)庫(kù)貨架等。大規(guī)格角鋼是制造輸電鐵塔的重要材料，其質(zhì)量直接影響鐵塔的安全[5]。

唐鋼新區(qū)長(zhǎng)材事業(yè)部中型產(chǎn)線在2021 年投產(chǎn)，全年設(shè)計(jì)產(chǎn)能50 萬(wàn)t/a，其中角鋼產(chǎn)品占總量的1/3，約15 萬(wàn)t，160 mm 以上角鋼年產(chǎn)量在5 萬(wàn)t 左右，從工藝和效益上也是非常重要的產(chǎn)品類(lèi)型。

由于角鋼在表面質(zhì)量方面和幾何形狀尺寸方面要求都比較高，2021 年投產(chǎn)后160 mm 以上規(guī)格角鋼出現(xiàn)較多尺寸不合、重皮、開(kāi)裂、結(jié)疤等不合格品，一檢合格率偏低，普遍在95%以下，產(chǎn)生大量返工成本和廢品損失。

角鋼缺陷影響分析

角鋼缺陷統(tǒng)計(jì)

通過(guò)對(duì)2021 年投產(chǎn)初期160 mm 以上規(guī)格角鋼廢次降的原因進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，確定影響角鋼廢次降的缺陷共計(jì)8 種，包括尺寸不合、頂角開(kāi)裂、重皮、彎曲、尺寸不合、劃痕、結(jié)疤及其它影響因素，具體的情況見(jiàn)表1，并對(duì)其所占比例進(jìn)行匯總，其中尺寸不合、頂角開(kāi)裂和重皮占缺陷總比例的78.2%，是影響角鋼廢次降的三個(gè)最重要缺陷。

表 1 缺陷廢坯重量及占比

表 2 矩形坯低倍組織檢驗(yàn)評(píng)級(jí)

表 3 各軋制規(guī)格對(duì)應(yīng)使用坯型

表 4 矩形坯低倍組織檢驗(yàn)評(píng)級(jí)

鋼坯質(zhì)量影響

由于唐鋼新區(qū)長(zhǎng)材事業(yè)部在2021 年投產(chǎn)，煉鋼區(qū)域也處于新建摸索階段，冶煉工藝與新設(shè)備磨合不夠，導(dǎo)致連鑄工序鋼坯質(zhì)量較差。通過(guò)調(diào)查前期生產(chǎn)數(shù)據(jù)，因坯料質(zhì)量導(dǎo)致的缺陷廢品率34.33%。對(duì)鋼坯截面進(jìn)行低倍檢查（圖1），發(fā)現(xiàn)鋼坯存在角部裂紋和中間裂紋，且評(píng)級(jí)可達(dá)1.5~3.0 級(jí)（表2 為圖1 鑄坯的低倍組織檢驗(yàn)評(píng)級(jí)），主要在柱狀枝晶間存在裂紋，且多集中兩側(cè)，從而判斷認(rèn)為中間裂紋由于鑄坯通過(guò)二冷區(qū)時(shí)冷卻不均、內(nèi)外弧與兩側(cè)冷卻強(qiáng)度不匹配導(dǎo)致；又對(duì)同批次鑄坯端面進(jìn)行酸洗（圖2），發(fā)現(xiàn)鑄坯端面存在氣泡，而角鋼在軋制過(guò)程中，角部裂紋、中間裂紋、氣泡延展后易在頂角和腿部形成裂紋缺陷，這是造成角鋼廢次降增加的第一個(gè)原因。

圖 1 鋼坯截面低倍形貌

圖 2 鑄坯酸洗后端面情況

圖 3 優(yōu)化前粗軋孔型圖

圖 4 優(yōu)化后粗軋孔型圖

圖 5 鋼坯截面低倍檢查情況

圖 6 鑄坯酸洗后端面情況

壓縮比影響

經(jīng)過(guò)調(diào)查，中型產(chǎn)線前期生產(chǎn)時(shí)坯料主要由1~3 號(hào)鑄機(jī)進(jìn)行澆鑄，鑄坯以165 mm×165 mm 斷面方坯為主，使用此斷面的鑄坯軋制160 mm 以上規(guī)格角鋼會(huì)造成壓縮比偏大，軋制缺陷增加，這是造成角鋼廢次降增加的第二個(gè)原因。

氧化鐵皮軋入

精軋機(jī)前除鱗機(jī)在生產(chǎn)過(guò)程中主要起去除二次氧化鐵皮的作用，投產(chǎn)初期，部分設(shè)備沒(méi)有第一時(shí)間投入使用，隨著設(shè)備調(diào)試的進(jìn)行，在后期生產(chǎn)中精軋機(jī)前除鱗機(jī)已完全投入使用，有效的提高了角鋼表面質(zhì)量，減少了因氧化鐵皮軋入導(dǎo)致的麻坑、結(jié)疤等缺陷廢品。所以，氧化鐵皮軋入對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量有所影響，但在生產(chǎn)穩(wěn)定后，影響比較輕微，所以氧化鐵皮軋入不是造成角鋼廢次降增加的主要原因。

孔型問(wèn)題

角鋼孔型設(shè)計(jì)多數(shù)為閉合孔型，孔型對(duì)成品質(zhì)量起到了非常大的作用?？仔驮O(shè)計(jì)錯(cuò)誤時(shí)，容易導(dǎo)致鋼料在軋制過(guò)程中過(guò)充滿或充不滿，過(guò)充滿會(huì)導(dǎo)致折疊或拉絲等問(wèn)題，充不滿則導(dǎo)致成品截面尺寸不合，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，這也是造成角鋼缺陷的原因之一。

生產(chǎn)措施實(shí)施

提高鑄坯質(zhì)量的措施

為提高Q355B、Q420B 鑄坯質(zhì)量，需在保證連鑄機(jī)對(duì)弧精度的前提下，適當(dāng)降低鑄坯拉速和中包過(guò)熱度。經(jīng)過(guò)計(jì)算，現(xiàn)有冷卻制度下，拉速每增加0.1 m/min，連鑄坯出二冷區(qū)的表面溫度增加50~80 °C，165 mm×280 mm 斷面鑄坯穩(wěn)定合適的拉速?gòu)?.6~1.8 m/min 降為1.2~1.4 m/min。同時(shí)，要嚴(yán)格控制鋼水過(guò)熱度在15~30 °C，避免鑄坯溫度回升過(guò)大或鼓肚的產(chǎn)生，從而減少角部裂紋和中間裂紋的產(chǎn)生。同時(shí)，拉速降低后，生產(chǎn)節(jié)奏得到穩(wěn)定，保護(hù)渣的填充效果得到提高，銅板和鑄坯縫隙減少，水汽不易進(jìn)入板間，鑄坯表面氣泡得到有效緩解。

連鑄坯的二次冷卻是連鑄生產(chǎn)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，極大的影響到鑄坯內(nèi)部的質(zhì)量與連鑄機(jī)生產(chǎn)的順利進(jìn)行[6]。根據(jù)中間裂紋出現(xiàn)的情況，判斷鑄坯通過(guò)二冷區(qū)時(shí)冷卻不均，內(nèi)外弧與兩側(cè)冷卻強(qiáng)度不匹配。我公司連鑄機(jī)二冷區(qū)分為足輥區(qū)、二冷1 區(qū)、二冷2 區(qū)、二冷3 區(qū)共4 個(gè)部分，二冷水量分配比分別為35%、28%、25%、12%，內(nèi)外弧水量分配與兩側(cè)面相同。Q355B、Q420B 鋼種屬于低合金結(jié)構(gòu)鋼，使用的二冷水比水量是0.9 L/kg，連鑄矯直溫度在900~950 °C，矯直溫度偏低，應(yīng)適當(dāng)提高，所以將二冷水比水量降至0.75 L/kg，活動(dòng)段兩側(cè)的噴嘴型號(hào)適當(dāng)更改，降低兩側(cè)的噴水量，提高鑄坯矯直溫度，防止鑄坯受矯直力作用而產(chǎn)生裂紋。

鑄坯規(guī)格優(yōu)化

為降低壓縮比造成的軋制缺陷，在鑄坯匹配方面，我公司加快4 號(hào)矩形坯連鑄機(jī)的投產(chǎn)，在4 號(hào)連鑄機(jī)投入使用后，165 mm×225 mm、165 mm×280 mm 等斷面規(guī)格坯料逐漸投入使用。目前，角鋼生產(chǎn)使用坯料已按照規(guī)格進(jìn)行區(qū)分，從而降低了角鋼軋制過(guò)程的壓縮比，合適的壓縮比提高了角鋼的產(chǎn)品質(zhì)量。表3 為角鋼各軋制規(guī)格對(duì)應(yīng)鑄坯規(guī)格情況。

優(yōu)化軋制孔型

在軋制方面，通過(guò)優(yōu)化孔型、優(yōu)化軋制工藝和調(diào)節(jié)壓縮比，有效的提高成品質(zhì)量。按照實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行軋制生產(chǎn)，多次調(diào)整確認(rèn)最終孔型，跟蹤160~200 mm 角鋼試軋生產(chǎn)情況，并通過(guò)試軋結(jié)果進(jìn)行粗軋孔型優(yōu)化，粗軋K1 道沒(méi)有形狀變化，孔型不進(jìn)行優(yōu)化，粗軋K2、K3、K4 道有形狀變化，孔型進(jìn)行優(yōu)化。圖3 為優(yōu)化前K2、K3、K4 道粗軋孔型圖。

在不影響成品頂角尺寸的前提下輕微增加粗軋孔型的頂角壓下量，其中160 mm 角鋼孔型號(hào)中軋K6、 K7、 K8、 K9 道 壓 下 率 由 之 前 的10.9%、41.7%、25.0%、24.4%分別調(diào)整為34.5%、34.1%、32.8%、27.2%，180 mm 角鋼孔型號(hào)中軋K6、K7、K8 道壓下率由之前的24.4%、37.4%、16.7%分別調(diào)整為28.4%、39.4%、20.6%。圖4 為優(yōu)化后K2、K3、K4 道粗軋孔型圖。

改善效果

通過(guò)采取以上一系列的工藝優(yōu)化，產(chǎn)品質(zhì)量得到明顯改善，從低倍檢測(cè)結(jié)果看（圖5），角部裂紋和中間裂紋提升到0.5~1.0 級(jí)（表4 為圖5 鑄坯的低倍組織檢驗(yàn)評(píng)級(jí)），鑄坯表面進(jìn)行酸洗后（圖6），未在鑄坯表面發(fā)現(xiàn)氣泡。在角鋼質(zhì)量方面，從2022 年06 月—12 月，160 mm 以上角鋼一檢合格率達(dá)到99.50%以上。

結(jié)束語(yǔ)

（1）連鑄方面，選擇合適的鑄機(jī)拉速、鋼水過(guò)熱度，優(yōu)化二冷冷卻制度，可以有效的改善鑄坯內(nèi)部質(zhì)量，角部裂紋和中間裂紋的低倍組織評(píng)級(jí)從1.5~3.0 級(jí)提高到0.5 級(jí)，從而降低角鋼的缺陷比例。

（2）軋鋼方面，通過(guò)優(yōu)化孔型，優(yōu)化軋制工藝，調(diào)節(jié)壓縮比，可以有效減少角鋼缺陷，提高角鋼一檢合格率。