供稿|劉楊，王君珂，劉凱，楊洋，蘇磊，郝彤亮 /

內容導讀

隨著鋼鐵行業(yè)競爭日益激烈，為提高市場競爭力，加快產(chǎn)品升級改造，河鋼唐鋼型鋼廠開發(fā)了技術水平較高的20CuNi鐵道墊板型鋼。首次采用以軋代鑄的方式進行鐵道墊板型鋼生產(chǎn)，從軋制到?jīng)_孔成型開發(fā)了一套完整的生產(chǎn)工藝流程，實現(xiàn)了穩(wěn)定批量生產(chǎn)。本文簡述了鐵道墊板型鋼生產(chǎn)工藝流程，介紹了鐵道墊板型鋼矯直工藝的開發(fā)應用，解決了河鋼唐鋼大型線非對稱形型鋼矯直生產(chǎn)的難題，實現(xiàn)了鐵道墊板型鋼的穩(wěn)定批量生產(chǎn)，為型鋼的矯直生產(chǎn)提供了寶貴經(jīng)驗。

鐵墊板是鋼軌和軌枕之間的重要部件之一，在輪軌動力系統(tǒng)中起著重要的減振作用。隨著重載鐵路運輸?shù)陌l(fā)展，在鋼軌逐漸重型化的同時，對墊板的性能提出了更高要求，即減振性能好、耐沖擊、使用壽命長[1]。傳統(tǒng)的鑄造工藝生產(chǎn)的鐵道墊板存在工藝復雜、生產(chǎn)合格率低、飛邊毛刺等問題，因此河鋼唐鋼型鋼廠結合產(chǎn)線特點，打破傳統(tǒng)鑄造工藝，采用以軋代鑄工藝進行20CuNi鐵道墊板型鋼的生產(chǎn)。其中，矯直工序作為關鍵工序之一，承擔著去除墊板型鋼軋制后各種彎曲、扭轉等缺陷，保證鋼材順直、平整的重要任務，對產(chǎn)品的最終質量起著決定性作用，因此鐵道墊板型鋼矯直工藝的開發(fā)具有十分重要的意義。

以軋代鑄工藝

生產(chǎn)線簡介

河鋼唐鋼型鋼廠大型線2012年7月投產(chǎn)，以生產(chǎn)國家電網(wǎng)用大規(guī)格角鋼為主要產(chǎn)品類型。為保證鋼材成品力學性能和鋼材質量，大型線采用長尺冷卻和長尺矯直工藝，矯直工藝采用國內常見的大壓下量矯直法。主要設備包括：1臺矩形坯連鑄機、1座蓄熱步進梁式加熱爐、2臺高壓水除鱗機、4架軋機、1座78 m步進式大冷床、1臺9輥雙支撐變節(jié)距矯直機[2]、3臺熱鋸機、2臺冷鋸機、3套碼垛機，其中9輥雙支撐變節(jié)距式矯直機是引進德國技術，并與國內合作制造的專用設備。該矯直機選用的是德國KOCH公司設計的世界最大的不對稱無級可變節(jié)距雙支撐水平輥矯直機，設備精度0.01 mm，矯直機本體可根據(jù)需要升降，九輥間距可根據(jù)需要移動調整，節(jié)距1350～1800 mm，矯直輥軸心距800～1100 mm，單個矯直輥可實現(xiàn)水平軸向調整，保證矯直后鋼材彎曲度控制在0.15%以內。

型鋼產(chǎn)品

河鋼唐鋼大型線生產(chǎn)的鐵道墊板型鋼是美國鐵道墊板沖孔前型材，長度在6～12 m，材質為20CuNi，較軟，屬于低碳耐候鋼，規(guī)格為14—3/4″。鐵道墊板要求無條狀突起物，軌座保持平整，無拱狀凸起，因此對墊板型鋼的彎曲度及平整度要求較嚴格，一般不能超過0.2%。鐵道墊板型鋼關鍵尺寸參數(shù)如圖1所示。

工藝流程

鐵道墊板型鋼主要生產(chǎn)工藝流程為：高爐鐵水—鋼包爐—鐵水熱處理—120 t轉爐吹煉—LF精煉—矩形連鑄機—加熱爐—軋機—冷床—矯直機—冷鋸—碼垛機。

轉爐吹煉采用高拉補吹工藝，使用鋁脫氧工藝，嚴格控制Als含量，保證鋼水純凈度；LF精煉采用白渣精煉，底吹工藝；連鑄采用末端電磁攪拌，并對20CuNi連鑄坯進行緩冷48 h；加熱工藝采用高溫、快燒加熱模式，避免Cu加熱產(chǎn)生熱脆；采用雙機架二輥可逆式開坯軋機軋制多個道次完成粗軋，一架可逆水平二輥精軋機(F1)和一架水平/萬能可轉換精軋機(F2)最終軋制成形；經(jīng)過冷床預彎緩冷，進入9輥雙支撐變節(jié)距矯直機，采用大壓下量矯直法進行矯直；經(jīng)過冷鋸鋸切成合同定尺，檢驗合格后碼垛下線。

圖1 鐵道墊板型鋼示意圖(單位：mm)

矯直工藝的開發(fā)應用

矯直孔型

河鋼唐鋼大型線生產(chǎn)其他型材產(chǎn)品均為對稱形大斷面產(chǎn)品如等邊角鋼、U型鋼板樁等，矯直孔型大部分采用對產(chǎn)品全包圍型，左右對稱，矯直其上下腹板及側壁，受力均勻，保證產(chǎn)品在矯直機內釋放最大應力，矯直后產(chǎn)品平整、順直，不會出現(xiàn)因殘余應力造成回彎現(xiàn)象。而鐵道墊板型鋼為非對稱形，且斷面形狀復雜，兩肩長度厚度均不相同，給矯直設計帶來困難，因此設計時充分考慮鋼材受力位置，并根據(jù)經(jīng)驗采取矯直腹板的矯直方式。鐵道墊板型鋼矯直輥采用組合方式設計，上、下矯直輥示意圖見圖2。

矯直壓下量

軋制后鐵道墊板型鋼在冷床上進行冷卻，由于鐵道墊板型鋼中間軌座不利于冷卻水流動，致使冷卻水不均勻分布在型鋼表面，型鋼頭尾部分冷卻速度快于中間部位冷卻速度，型鋼變?yōu)閮深^翹起的形狀，導致中間部位積水，使型鋼上下表面產(chǎn)生溫度差，上表面收縮率大于下表面，從而產(chǎn)生上下彎曲[3]。

圖2 上、下矯直輥示意圖

河鋼唐鋼大型線采用9輥雙支撐變節(jié)距矯直機，其排布為上4輥、下5輥，其中第1輥為下輥，且下輥為壓下調整。因此，矯直壓下量設計使用時，1輥壓下量為零，保證鐵道墊板型鋼順利咬入矯直機，3輥采用大壓下量，消除不均勻變形，使型鋼達到統(tǒng)一變形，5、7輥逐步減小壓下量，使型鋼殘余應力完全去除，最后通過9輥小壓下量對型鋼進行找平，實現(xiàn)鐵道墊板型鋼的平整。

矯直生產(chǎn)應用

◆ 存在問題

在實際矯直生產(chǎn)應用過程中，該套矯直孔型并不理想，主要問題有：

(1) 鐵道墊板型鋼冷卻后側彎嚴重，不利于咬入矯直機，容易出現(xiàn)咬入不正，造成型鋼扭曲，矯直輥磕傷等問題。

(2) 鐵道墊板型鋼在矯直機內移動狀態(tài)不穩(wěn)定，易左右竄動，導致型鋼出現(xiàn)側彎、矯痕等缺陷。

◆ 優(yōu)化措施

針對實際生產(chǎn)中存在的問題進行分析，提出改進措施：

(1) 鐵道墊板型鋼軋制后在大冷床進行冷卻時，由于該產(chǎn)品特點，左肩部分短且薄，右肩部分長且厚，導致左肩冷卻速度快，右肩冷卻速度慢，在自然冷卻狀態(tài)下，型鋼容易產(chǎn)生左側側彎，側彎程度較大，給矯直機對中咬入帶來困難，容易出現(xiàn)咬入不正，造成扭曲，甚至側翻；當咬入偏差較大時，會造成型鋼軌座凸起部位與矯直輥磕碰，導致矯直輥磕傷問題，嚴重影響生產(chǎn)節(jié)奏。為使鐵道墊板型鋼側彎減小，對其進行預彎處置，利用上鋼小車托起型鋼，向左移動到輥道側板靠直，保持30 s后再進入冷床，在冷床底部啟用風冷設施，側重吹鐵道墊板型鋼右肩部位，保證型鋼長尺彎曲度控制在0.5%以內，便于咬入矯直機。

(2) 在實際生產(chǎn)中，由于該孔型設計左右兩側無遮擋，鐵道墊板型鋼在矯直機內移動狀態(tài)不穩(wěn)定，易發(fā)生竄動，導致鐵道墊板型鋼軌座處易出現(xiàn)矯痕，且型鋼出矯直機后側彎超過0.2%的標準。

對矯直孔型進行優(yōu)化，原矯直孔型中間輥環(huán)保持不變，將上矯直輥兩側輥環(huán)矯直受力點位置向鐵道墊板型鋼兩肩端部移動，斜面比例不變，與成品斜面比例相同，輥環(huán)一段進行延伸起到軸向方向阻擋作用。優(yōu)化后上矯直輥示意見圖3。

圖3 優(yōu)化后上矯直輥示意圖

下矯直輥與上矯直輥相似，保持中間輥環(huán)不變，兩側輥環(huán)矯直受力點位置向鐵道墊板型鋼兩肩端部移動，為避免兩肩底部出現(xiàn)矯痕，將平面改為斜面支撐，有效避免咬入或竄動造成矯直輥損傷，對型鋼矯直機中的軸向移動進行了有效限制，解決了側彎和矯痕缺陷，實現(xiàn)產(chǎn)品的高質量生產(chǎn)，優(yōu)化后下矯直輥見圖4。

圖4 優(yōu)化后下矯直輥示意圖

結束語

20CuNi鐵道墊板型鋼矯直工藝的開發(fā)應用解決了河鋼唐鋼大型線非對稱形型鋼矯直生產(chǎn)的難題，實現(xiàn)了鐵道墊板型鋼的穩(wěn)定批量生產(chǎn)，驗證了以軋代鑄進行低碳耐候鐵道墊板生產(chǎn)的可行性，同時增強了型鋼產(chǎn)品的競爭力，也為其他品種鋼的矯直生產(chǎn)提供了寶貴經(jīng)驗。