張秀山

（山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司型鋼廠，山東 濟南 271126）

1 輕軌軋制概述

輕軌（圖1）是一種斷面復雜的異型鋼，常規(guī)孔型法軋制輕軌一般采用粗軋、中軋、精軋方式。粗軋機軋輥孔型由1 個箱形孔、2 個梯形孔和2 個帽形孔組成，中、精軋機由5～7 個軌形孔組成，軋制成軌形坯后，最終在軌形孔中完成軋制，總軋制道次為10～12 道。采用對角線開口，即在孔型中對軌底軌頭兩側(cè)翼緣交替加工。隨著萬能軋制技術(shù)不斷成熟，萬能軋制在型鋼生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，用萬能軋制生產(chǎn)輕軌也得到了發(fā)展。

圖1 輕軌示意圖

2 軋制方案

2.1 軋制設(shè)備選擇

某廠軋鋼系統(tǒng)由2 部750 可逆式軋機（BD1、BD2）以及精軋機組的5 架萬能、2 架軋邊機組成。采用165 mm×225 mm 矩型坯，開軋溫度為1 250 ℃。

2.2 孔型系統(tǒng)選擇

30kg/m 輕軌孔型選擇3 個帽型孔、3 個軌型孔，精軋機由4 個萬能孔、2 個軋邊孔、1 個半萬能孔型組成?？仔褪疽鈭D如圖2、圖3、圖4 所示。

圖2 BD1 孔型系統(tǒng)圖

圖3 BD2 孔型系統(tǒng)

圖4 精軋孔型系統(tǒng)

3 孔型設(shè)計要點

3.1 帽型孔設(shè)計

臥式帽形孔（圖5）是將箱形軋件加工成帽形，軋件帽形頭部壓下大于底部壓下，則頭部寬展到孔型側(cè)壁的時候，受到側(cè)壁的橫向阻力，寬展減小，延伸增加，金屬向縱向和橫向底部反流。帽形底部還采用了高切楔和較大的張開角度及圓弧半徑，使得底部在壓下的同時，受到限制寬展的影響，金屬向底部流動，而底部孔型是閉口孔型，壓下充分，以利于強化軌底。

圖5 臥式帽形孔

立式帽形孔的設(shè)計（下頁圖6）采取垂直壓下、側(cè)壓的方式來加大軋件的變形量，在不增加道次的前提下盡快減少頭部的金屬，而增加尾部的金屬。軌底加工是依靠帽形孔切深楔以及擴張和局部大壓下所產(chǎn)生的強迫寬展，從而形成寬而薄的軌底，同時可提高軌底質(zhì)量。在帽形孔內(nèi)，軌頭加工時除對軋件進行垂直壓下外，還會有一定的側(cè)壓。帽形孔足夠側(cè)壓的主要作用是減小頭部面積和強迫寬展，增大軌底寬度。當軋件從順軋向最后一個帽形孔進入軌形孔時，必須保證軋件的底部寬度達到順軋向第一個軌形孔要求的條件。

圖6 立式帽形孔

最后一個帽形孔與成品在設(shè)計上應(yīng)滿足比例關(guān)系：軌底長之比B/b=1.2～2.0，軌高之比A/a=0.9～1.2，軌頭長之比C/c=1.2～2.0，如圖7 所示，各部位數(shù)據(jù)取值可作為驗算孔型設(shè)計是否合理的經(jīng)驗數(shù)據(jù)。

圖7 軌型孔前孔與成品孔

3.2 軌型孔設(shè)計

軌形切深孔（圖8）由于不是對稱軋制，金屬的變形相當復雜。由于開閉口腿受力的不對稱性，使開口腿阻力小于閉口腿阻力，造成開口腿增長，閉口腿拉縮；由于開口腿軋槽平均速度大于閉口腿軋槽平均速度，也造成開口腿增長，閉口腿拉縮。

圖8 軌型孔

此孔型采用直軋孔型，當用直軋法軋制時，在切深孔型中邊高的拉縮量一般取為腰部壓下量的30%～40%。在設(shè)計切深孔型時，腰部的壓下量越大，邊高的減縮量越大。對前面的切深孔軋件總邊高減縮量取上述數(shù)據(jù)的下限，而對后面的切深孔軋件總邊高的減縮量取上述數(shù)據(jù)的上限。

此孔型是軋制的核心孔型，對成品的尺寸及質(zhì)量有關(guān)鍵影響。一般取孔型側(cè)壁斜度為4%～6%，寬展按30%～40%設(shè)計，以防止脫槽困難，軋件上翹、下扣等問題。

3.3 萬能精軋孔型設(shè)計

用于生產(chǎn)輕軌的萬能孔型具有如下特點：孔型設(shè)計要盡量符合加工軋件用料的流動規(guī)律，孔型的勻稱性好，軋制過程較為穩(wěn)定；生產(chǎn)輕軌時不同部位的孔型軋制速度變化值不大；立輥與軋邊機不僅能夠用來控制鋼軌高度尺寸，也能確定鋼軌頭部寬度及鋼軌底部寬度的尺寸。

3.3.1 萬能水平輥的設(shè)計

萬能水平輥示意圖如圖9 所示，30kg/m 輕軌軋制相關(guān)的設(shè)計參數(shù)如表1 所示。

圖9 萬能水平輥示意圖

表1 30 kg/m 輕軌精軋水平輥設(shè)計參數(shù)

連軋中相鄰道次間，前道次Bi數(shù)值比后道次小1～3 mm。這樣設(shè)計的目的為：一是導衛(wèi)上下衛(wèi)板可以通用；二是可以減輕因擴腰過大而產(chǎn)生的“挫痕”；三是改善軋件的咬入條件。這樣可保證軋件的質(zhì)量。30 kg/m 輕軌精軋軋件各部分的延伸系數(shù)如表2 所示。

表2 30kg/m 輕軌精軋軋件各部分的延伸系數(shù)

軋制后得到的成品孔型需要符合：μr>μu>μn（差值較?。渲?，μr、μu、μn分別代表軌頭、軌底及軌腰的延伸系數(shù)，軌頭與軌底的平均延伸系數(shù)大于軌腰的延伸系數(shù)。

3.3.2 萬能立輥軌頭的設(shè)計

萬能軌頭立輥孔型（圖9、圖10）的設(shè)計要點：一是槽口寬度是來料軌頭寬度的1～1.5 倍，槽底寬度為來料軌頭寬度的1～1.2 倍；二是將槽底設(shè)計為圓弧，大小與成品軌頭圓弧相等；三是孔型槽深10～18 mm。

圖9 萬能孔型構(gòu)圖

圖10 萬能立輥軌頭的示意圖

3.3.3 軋邊孔K2、K5、K8 的設(shè)計

軌形軋邊孔（圖11）對軌底和軌頭部位進行加工，并對軌高方向進行大的壓下。由于前面道次的軌形孔都是不規(guī)則的，軋件直接進入萬能軋機軋制會出現(xiàn)不規(guī)則變形，腿部和頭部延伸沒有受到約束而使上下不對稱，在萬能軋機中再調(diào)整時會比較麻煩，而且不利于精度的控制。所以需要一個上下對稱的立壓孔，對頭部和腿部進行壓下，使之對稱。

圖11 軋邊孔型

本孔型系統(tǒng)共設(shè)計3 個軌型軋邊孔，一是開坯最后一個孔（精軋前孔），二是萬能連軋機組設(shè)計兩個孔型，主要功能是對軌底、軌頭的寬度進行控制，同時對腰厚進行壓下。同時，保證軌底、軌頭的對稱度。

3.3.4 成品孔的設(shè)計

成品孔型（圖12）采用半萬能孔型，一是需控制軌頭的尺寸，二是需控制軌底的平直度，考慮到成品前孔為軋邊孔，軌頭加工為兩個相同的孔型控制，因此在設(shè)計時，等同于軌頭從萬能孔型后的兩次加大，這樣的壓下量小，可有效控制尺寸。

圖12 成品（半萬能）孔型

4 輕軌開坯孔型共用的研究

從輕軌的各個尺寸分析（見表3），尺寸相近的規(guī)格可以考慮開坯孔型的共用。9kg/m 與12kg/m、15kg/m 與18kg/m、24kg/m 與30kg/m 可以共用坯型及開坯孔型，只考慮萬能機組的重新設(shè)計，就可以軋出不同型號的輕軌，使設(shè)計成本大大降低。圖13 為24kg/m 與30kg/m 輕軌精軋前孔孔型圖。

表3 輕軌關(guān)鍵尺寸對比表

圖13 24kg/m 與30kg/m 輕軌精軋前孔孔型圖（mm）

5 萬能軋制較傳統(tǒng)軋制的優(yōu)勢

傳統(tǒng)法軋制和萬能法軋制的孔型變形比較如圖14 所示。

圖14 兩種軋制方法的變形比較

由圖14 可以看出，由于萬能軋制與傳統(tǒng)軋制的孔型不同，通過萬能軋制技術(shù)生產(chǎn)輕軌，利用垂直對稱剖面，能夠獲得適當?shù)膲合碌来?。其主要?yōu)點如下：

1）立輥可直接作用于軌頭與軌底，為生產(chǎn)出高品質(zhì)的重軌提供保證；

2）針對不同道次，使軋件發(fā)生勻稱的形變；

3）其底面、背面均不會產(chǎn)生扭曲等弊端，因此使其平直度得到了保證；

4）軋輥間的摩擦會降低，在一定程度上確定了軋件的表面性能；

5）精簡孔型設(shè)計，從而減少生產(chǎn)時間；

6）強大的精軋孔型系統(tǒng)，在設(shè)計時，開坯可實現(xiàn)相近規(guī)格的孔型共用。