孫啟朋，張欣，李國棟，楊遠(yuǎn)鋒

（濟(jì)鋼集團(tuán)有限公司中型軋鋼廠，山東濟(jì)南 250100）

生產(chǎn)技術(shù)

集裝箱用特種槽鋼的研制開發(fā)

孫啟朋，張欣，李國棟，楊遠(yuǎn)鋒

（濟(jì)鋼集團(tuán)有限公司中型軋鋼廠，山東濟(jì)南 250100）

為拓寬產(chǎn)品系列，濟(jì)鋼中型軋鋼廠利用橫列式軋機(jī)，150 mm×150 mm連鑄方坯，12道次軋制，開發(fā)生產(chǎn)了集裝箱用特種槽鋼。通過優(yōu)化設(shè)計(jì)關(guān)鍵道次的孔型、導(dǎo)衛(wèi)、控冷、矯直及深加工工藝等，特別是K1孔設(shè)計(jì)采用了類直軋的閉口控制式孔型系統(tǒng)，降低了后續(xù)矯直壓力和軋輥消耗。實(shí)踐證明，開發(fā)的工藝可行，產(chǎn)品的力學(xué)性能、外形尺寸、表面質(zhì)量等指標(biāo)均能夠滿足企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及用戶要求，成材率達(dá)到94.3%。

集裝箱用鋼；特種槽鋼；軋制；工藝開發(fā)；孔型設(shè)計(jì)

1 前言

為了在夾縫中尋找生存空間，提高產(chǎn)品檔次，2011年濟(jì)鋼中型軋鋼廠調(diào)整了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。經(jīng)過前期市場考察，了解到華東市場集裝箱槽鋼每月需求在1.5萬～2.0萬t，價(jià)格較普通國標(biāo)槽鋼高500元/t，利潤空間可觀，而山東省內(nèi)沒有能夠生產(chǎn)集裝箱槽鋼的企業(yè)。因此，濟(jì)鋼中型軋鋼廠抓住這個(gè)市場的有利期，僅用兩個(gè)月的時(shí)間就完成了工藝研發(fā)和后續(xù)的工裝準(zhǔn)備，第1次試軋就獲得成功，外觀幾何尺寸和機(jī)械性能指標(biāo)均滿足用戶要求。已批量生產(chǎn)，創(chuàng)造了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

2 設(shè)備概況計(jì)及產(chǎn)品分析

主要設(shè)備：蓄熱式全燃焦?fàn)t煤氣加熱爐1座，Φ 650×1/Φ540×2/Φ460×2/Φ450×1軋機(jī)機(jī)列，Φ 550十輥懸臂式矯直機(jī)2臺，型鋼冷床2臺等。根據(jù)現(xiàn)有坯料資源，決定選擇150 mm×150 mm連鑄方坯，材質(zhì)為SM490YA，化學(xué)成分見表1。

表1 SM490YA連鑄方坯化學(xué)成分%

工藝流程：坯料加熱→Φ540 I架軋機(jī)粗軋→Φ 540 II架軋機(jī)中軋→Φ460×2軋機(jī)精軋→Φ450成品軋機(jī)→熱鋸鋸切→冷床冷卻→矯直→質(zhì)量檢查→包裝、稱重入庫。

生產(chǎn)集裝箱用特種槽鋼的技術(shù)難點(diǎn)在于：1）成品幾何尺寸公差范圍較小，尺寸精度高；2）孔型系統(tǒng)的選擇；3）各道次變形參數(shù)的確定；4）各軋機(jī)壓下量的分配；5）如何提高各道次孔型過鋼量，減少軋輥消耗；6）在矯直機(jī)能力不足的情況下，如何確定相應(yīng)工藝。

113 集裝箱槽鋼結(jié)構(gòu)及幾何尺寸標(biāo)準(zhǔn)見圖1。

圖1 集裝箱槽鋼結(jié)構(gòu)

槽鋼腰高H=（113±0.5）mm，腰厚d=（12±0.5）mm，腿寬B=（40±0.5）mm，腿端厚為（6±0.4）mm，內(nèi)側(cè)圓角R=8 mm，外側(cè)圓角r≤3 mm，腿內(nèi)側(cè)壁斜度10%，腿端倒角為3×45°。

濟(jì)鋼中型軋鋼廠有豐富的普通國標(biāo)槽鋼開發(fā)和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，深諳普通槽鋼的變形規(guī)律，給集裝箱用特種槽鋼的開發(fā)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

3 軋鋼工藝設(shè)計(jì)

3.1 總體設(shè)計(jì)思路

用150 mm×150 mm連鑄方坯生產(chǎn)113集裝箱槽鋼，采用12道次軋制，道次分配為7—2—1—1—1。Φ540 I架軋機(jī)軋制7道次，利用粗軋階段鋼溫高，延伸系數(shù)大等特點(diǎn)，在Φ540 I架軋機(jī)上對軋件進(jìn)行大變形軋制，在保證足夠的延伸前提下切分出集裝箱槽鋼的雛形。從Φ540 I架向后，鋼溫逐漸變低，軋件的變形抗力增加，壓下量逐道次減小。成品腿短且薄，在軋制過程中，溫降較快，腿部變形抗力增加，軋輥磨損快，其腿部和腰部間的變形規(guī)律和普通槽鋼有較大差別。成品腿部成型精度較高，還要保證3×45°的倒角。為了避免由于溫降過快給軋制過程帶來的困難和軋輥磨損過快，提出了新的工藝設(shè)計(jì)思路，即甩開Φ650軋機(jī)，縮短軋制流程，直接用Φ540 I架作為粗軋機(jī)。此工藝布局大大降低了工序成本，同時(shí)也利于軋制過程的順暢。

3.2 關(guān)鍵道次的工藝設(shè)計(jì)

1）K1孔設(shè)計(jì)。K1孔在集裝箱槽鋼的工藝設(shè)計(jì)中至關(guān)重要，集裝箱槽鋼腿部薄且短，在軋制過程中溫降較大，軋輥磨損快，到產(chǎn)品軋機(jī)時(shí)軋件的腿部容易變肥，從而影響腿長；同時(shí)集裝箱槽鋼對外形幾何尺寸要求嚴(yán)格，其外形尺寸公差范圍小，尺寸控制精度高；其次，兩腿端部要求有3×45°的倒角，不得出現(xiàn)“耳子”、折疊等現(xiàn)象；再者，由于成品腰比普通槽鋼偏厚，現(xiàn)場矯直機(jī)的能力不能保證產(chǎn)品彎腰撓度。結(jié)合以上幾個(gè)方面，K1孔型設(shè)計(jì)成類直軋閉口控制式孔型，腰部斜度定為2.7%。

2）成品前孔K2的設(shè)計(jì)。K2孔除保證為成品孔提供合理的軋材外，還要保證合理的料形進(jìn)入成品孔，從而避免成品孔磨損快，給生產(chǎn)帶來不必要的重復(fù)性換孔作業(yè)。K1是類直軋式孔型，其側(cè)壁斜度較小，較小的磨損將意味著較大的修復(fù)量；K3及之前的設(shè)計(jì)，是典型的彎腰大斜度槽式孔型系統(tǒng)［1］。所以K2孔型設(shè)計(jì)時(shí)，無論腿部側(cè)壓還是斜度，都必須保證過渡順暢。K2的腿部斜度設(shè)定為10%。

3）K5和K3的設(shè)計(jì)。K5和K3作為控制孔控制腿長，打破了普通槽鋼K5和K2作為控制孔的常規(guī)布置。由于成品腿長較普通槽鋼偏小，并且端部要求有特殊倒角，因此，K5和K3在孔型設(shè)計(jì)時(shí)也設(shè)計(jì)了相對應(yīng)大小的倒角。

4）K6和K4的設(shè)計(jì)。K6和K4下道次對應(yīng)的都是控制孔型，首先要保證下一道次軋件順利咬入；其次保證腿部金屬充滿且腿外側(cè)不會起臺［2］。所以，其腿長的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和實(shí)際數(shù)據(jù)不能有較大的出入。為了滿足以上條件，K6和K4軋件的腰部和腿部壓下系數(shù)和寬展系數(shù)的選取就必須科學(xué)合理。

各道次孔型示意圖如圖2所示。

圖2 各道次孔型示意圖

3.3 導(dǎo)衛(wèi)設(shè)計(jì)

由于成品尺寸精度控制較嚴(yán)格，因此，導(dǎo)衛(wèi)的設(shè)計(jì)［3］、制造和使用前的修磨都較普通槽鋼復(fù)雜、精細(xì)。為此設(shè)計(jì)了專門的導(dǎo)衛(wèi)系統(tǒng)；結(jié)合實(shí)際軋件尺寸，設(shè)計(jì)合理的進(jìn)出口寬度。這些措施的實(shí)施，在控制軋件的幾何尺寸、軋件在孔型中的穩(wěn)定性、保證產(chǎn)品表面質(zhì)量方面都起到了積極的作用。

3.4 控冷及矯直工藝設(shè)計(jì)

由于成品要求有良好的綜合機(jī)械性能和焊接性能，在制定控冷工藝［4］時(shí)，要求成品機(jī)后使用穿水冷卻，以保障良好的力學(xué)性能。冷床禁止用水，采用自然冷卻，保證矯前溫度在100～150℃，同時(shí)矯直輥部分上輥和下輥對應(yīng)設(shè)計(jì)成凹槽和凸臺。取得了較好的矯直效果。

4 深加工工藝設(shè)計(jì)

軋制出的集裝箱用槽鋼并不是最終產(chǎn)品，用戶要求是軋制出的產(chǎn)品用帶鋸斷成2 658（0，-1）mm或2 353（0，-1）mm的定尺，且兩端部的腰部和腿部外側(cè)都要加工成45°，斷面結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 集裝箱槽鋼斷面加工尺寸

利用原閑置廠房，對軋制后的集裝箱槽鋼進(jìn)行深加工。加工工藝分為拆捆、鋸切、倒角、打捆。

1）拆捆。制作3.5 m×12 m拆捆臺架，破捆平攤后拉入輥道。

2）鋸切。前頭設(shè)一定尺擋板，2臺帶鋸?fù)瑫r(shí)鋸切出定尺。因長度定尺公差1 mm，安裝加工需精密。采用分層鋸切的方式，一層4支鋼夾緊后，兩鋸?fù)瑫r(shí)鋸切，一次出8根。

3）倒角。采用雙面銑床的動(dòng)力頭對槽鋼兩頭同時(shí)銑削，銑削工作長度1 800 mm，銑削完腰部6× 45°的倒角后翻面銑削腿部3×45°的倒角。

4）打捆。由輥道送出后，拉至排鋼臺面，分兩組打捆、包裝。

5 成品各項(xiàng)參數(shù)分析

隨機(jī)對不同爐號不同批號的10批槽鋼進(jìn)行抽檢，具體性能指標(biāo)見表2，同時(shí)對成品外形尺寸進(jìn)行抽樣測量。結(jié)果表明，產(chǎn)品力學(xué)性能、尺寸精度、表面質(zhì)量等各項(xiàng)指標(biāo)均滿足企業(yè)內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)及用戶要求。濟(jì)鋼中型軋鋼廠利用現(xiàn)有設(shè)備開發(fā)的集裝箱用特種槽鋼生產(chǎn)工藝可行。

表2 SM490YA材質(zhì)集裝箱槽鋼各項(xiàng)力學(xué)性能

6 結(jié)語

濟(jì)鋼中型軋鋼廠用150 mm×150 mm方坯、橫列式軋機(jī)生產(chǎn)集裝箱用特種槽鋼，工藝設(shè)計(jì)合理，軋件在各道次變形參數(shù)的設(shè)定，用軋輥工藝彌補(bǔ)矯直能力不足、軋后控冷工藝及深加工線的設(shè)計(jì)等都有獨(dú)到之處。集裝箱用特種槽鋼的開發(fā)和生產(chǎn)，豐富了濟(jì)鋼的產(chǎn)品系列，實(shí)現(xiàn)了“產(chǎn)品+服務(wù)”的結(jié)構(gòu)調(diào)整，提高了產(chǎn)品檔次。2011年共計(jì)生產(chǎn)該槽鋼約4 500 t，成材率達(dá)到94.3%，平均輥耗5.5 kg/t。由于采用獨(dú)特的孔型系統(tǒng)，特別是K1孔的設(shè)計(jì)，彌補(bǔ)了后部矯直能力不足帶來的外形缺陷，產(chǎn)品滿足客戶和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。

［1］許云祥.型鋼孔型設(shè)計(jì)［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2009.

［2］王廷浦.軋鋼工藝學(xué)［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1981.

［3］白光潤.型鋼孔型設(shè)計(jì)［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1995.

［4］崔忠圻，覃耀春.金屬學(xué)與熱處理［M］.2版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

Research and Development of Special Channel Steel for Container

SUN Qipeng,ZHANG Xin,LI Guodong,YANG Yuanfeng
（The Medium Section Rolling Plant of Jinan Iron and Steel Group Corporation,Jinan 250100,China）

In order to broaden the product range,The Medium Section Rolling Plant of Jinan Steel developed and produced special channel steel for container by open-train mill,150 mm×150 mm continuous casting billet and 12 passes.The groove of key pass, guide and controlled cooling,straightening and deep processing technologies were designed and optimized.Especially,the design of K1 pass used a vertical-like and closed control type pass system.The follow-up straightening pressure and roll consumption were reduced.Practices showed that developed processes are feasible,the mechanical properties,dimensions and surface quality of the products all meet the needs of the standard of the enterprise and users.The qualified product radio reached 94.3%.

steel for container;special channel steel;rolling;process development;pass design

TG335.4

B

1004-4620（2013）01-0014-02

2012-10-22

孫啟朋，男，1980年生，2006年畢業(yè)于安徽工業(yè)大學(xué)材料成型及控制工程專業(yè)?，F(xiàn)為濟(jì)鋼中型軋鋼廠助理工程師，從事軋鋼工藝技術(shù)工作。