高 磊，王 利

(新疆昆玉鋼鐵有限公司)

前言

新疆昆玉鋼鐵有限公司是山東石橫特鋼集團(tuán)的全資子公司，地處新疆伊犁州奎屯市。昆玉鋼鐵是一座長(zhǎng)流程鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)，于2012年投產(chǎn),設(shè)計(jì)年產(chǎn)量200萬(wàn)t建筑用鋼材(鋼筋混凝土用熱軋鋼筋)，其中棒材產(chǎn)品年產(chǎn)120萬(wàn)t。昆玉鋼鐵棒材生產(chǎn)線將“五切分軋制技術(shù)”與“棒材超細(xì)晶粒鋼軋制技術(shù)”有效融合，通過(guò)20余項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)的集成創(chuàng)新應(yīng)用，其工藝裝備和技術(shù)達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。棒材主要產(chǎn)品規(guī)格為Φ12～Φ36mmHRB400E、HRB500E熱軋帶肋鋼筋，還能生產(chǎn)同規(guī)格的光圓鋼筋、精軋螺紋鋼、錨桿鋼筋等產(chǎn)品。

棒材產(chǎn)線投產(chǎn)以來(lái)，面臨一些技術(shù)難點(diǎn)：GB/T 1499.2-2018《鋼筋混凝土用熱軋帶肋鋼筋》,明確規(guī)定鋼筋的重量偏差等事項(xiàng)，現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)控制難度增加，產(chǎn)品尺寸穩(wěn)定性差；生產(chǎn)大規(guī)格棒材易發(fā)生彎曲脆斷；小規(guī)格材實(shí)行多切分軋制出現(xiàn)產(chǎn)品性能不穩(wěn)定等。通過(guò)分析研究，對(duì)棒材工藝進(jìn)行了優(yōu)化，解決了存在的問(wèn)題。

1 昆玉鋼鐵棒線工藝配置簡(jiǎn)介

棒線主軋線布置18架軋機(jī)，所有軋機(jī)平立交錯(cuò)、全連軋，短應(yīng)力線高剛度、緊湊型布置。其中，粗軋6架(1H～6V)，軋輥公稱直徑為Φ680～Φ580mm，7～12架為8架中軋機(jī)組(7H～12V)，軋輥公稱直徑為Φ450mm。13～14架為預(yù)精軋機(jī)組(13H、14H/V),15～18架為精軋機(jī)組(15H，16H/V,17H,18H/V)，軋輥公稱直徑為350mm,全線布置了3臺(tái)平立轉(zhuǎn)換軋機(jī)(軋機(jī)、聯(lián)合齒輪箱、鼓形齒連接軸隨旋轉(zhuǎn)框架進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度為90°)。昆玉鋼鐵棒線工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 昆玉鋼鐵棒材工藝流程

2 棒線軋鋼生產(chǎn)線技術(shù)難點(diǎn)及分析

2.1 實(shí)施GB/T 1499.2-2018面臨的問(wèn)題

2018年11月GB/T《鋼筋混凝土用熱軋帶肋鋼筋》1499.2-2018正式實(shí)施后，對(duì)于鋼筋的重量偏差控制范圍有了更加嚴(yán)格的要求，明確規(guī)定了鋼筋的重量偏差不允許復(fù)檢，尤其是小規(guī)格Ф12mm由±7%提高到±6%，熱軋帶肋鋼筋負(fù)差率指標(biāo)減小，控制難度增加。目前市場(chǎng)上普遍采用“車絲套筒”的方式來(lái)進(jìn)行鋼材連接，一旦鋼材基圓直徑減小較多或者切分品種的線差較大，就有可能影響到部分鋼材的車絲效果，降低套筒連接的可靠性，因此存在較大的市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)。因孔型設(shè)計(jì)的不完善，橫肋充滿度差，橫肋高度低，軋件脫槽困難，孔型充滿度不高，造成鋼材負(fù)差率低，產(chǎn)品尺寸穩(wěn)定性差。

分析認(rèn)為，必須對(duì)K1孔型的橫肋與軸線夾角β進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，即適當(dāng)增加β角，通過(guò)減少橫肋的傾斜角度來(lái)改善軋件脫槽和孔型充滿度問(wèn)題，確保完成負(fù)差率指標(biāo)，對(duì)K1加工要求進(jìn)行優(yōu)化，在國(guó)標(biāo)范圍內(nèi)對(duì)橫肋進(jìn)行優(yōu)化，保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。

2.2 大規(guī)格材彎曲性能差

彎曲性能是鋼材工藝性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)，受成分、生產(chǎn)工藝、孔型設(shè)計(jì)、軋輥加工、彎曲條件等多方面影響。目前新疆市場(chǎng)加工彎芯一般為40～50mm(國(guó)標(biāo)為HRB400E：6～25mm的彎芯直徑為4d，28～40mm的彎芯直徑為5d)，不到國(guó)標(biāo)彎芯直徑的一半，極易出現(xiàn)冷彎裂紋[1]，尤其是大規(guī)格的在客戶使用過(guò)程中多次出現(xiàn)因彎曲脆斷的質(zhì)量異議，對(duì)于脆斷樣品斷裂面進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)存在較嚴(yán)重的偏析，金相組織晶粒度級(jí)別在8.0～8.5級(jí)，達(dá)不到超細(xì)晶粒鋼筋的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.3 多切分材性能線差大，產(chǎn)品性能穩(wěn)定性差

生產(chǎn)小規(guī)格棒線采用多切分生產(chǎn)工藝，比如Φ12mm×5五切分，預(yù)切料邊部比中間的表面積與體積比大，邊部散熱快，溫降大，中間散熱慢，溫降小，軋件邊部溫度低中間溫高，切分后軋件強(qiáng)穿水降溫，發(fā)揮控軋優(yōu)勢(shì)，軋件溫度迅速下降，迅速溫降使軋件溫差現(xiàn)象進(jìn)一步加劇，軋件經(jīng)過(guò)切分后，相同的控冷冷卻參數(shù)，但性能線差較大，Ф12mmHRB400E的邊線性能整體在420～430MPa，中線性能整體在470～480MPa，邊線與中線性能差較大，對(duì)產(chǎn)品性能穩(wěn)定性帶來(lái)很大影響[2-3]。

3 優(yōu)化措施

3.1 優(yōu)化K1孔型系統(tǒng)，降低負(fù)差率控制難度

優(yōu)化前后孔型主要參數(shù)對(duì)比見(jiàn)圖2、圖3、圖4。

優(yōu)化前 優(yōu)化后

優(yōu)化前 優(yōu)化后

優(yōu)化前 優(yōu)化后

(1)對(duì)K1孔型的橫肋與軸線夾角β進(jìn)行優(yōu)化，在國(guó)標(biāo)允許的范圍內(nèi)，在不改變橫肋斜角α的前提下，適當(dāng)?shù)脑黾覭1孔型的橫肋高度h，減小橫肋頂寬b和橫肋底寬b1，從而減少橫肋體積，減少鋼材米重。

(2)為了兼顧K1孔型的充滿度和軋件脫槽的問(wèn)題，適當(dāng)?shù)脑黾覭1孔型橫肋與軸線夾角β。

(3)新國(guó)標(biāo)實(shí)施后，鋼材的彎曲性能明顯改善，部分規(guī)格根據(jù)冷彎性能可取消橫肋底角的二次加工，進(jìn)一步減少鋼材米重。

(4)孔型系統(tǒng)初步優(yōu)化完成后，安排軋輥班加工軋輥，并針對(duì)某一品種規(guī)格進(jìn)行試軋。

(5)通過(guò)對(duì)試軋結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析，進(jìn)一步優(yōu)化孔型系統(tǒng)的優(yōu)化方案，直至最優(yōu)。

(6)全面實(shí)施K1孔型系統(tǒng)優(yōu)化方案(優(yōu)化前后見(jiàn)表1)，減小負(fù)差率控制難度，提高各品種的負(fù)差率。

表1 棒線各規(guī)格產(chǎn)品優(yōu)化前各品種橫肋尺寸對(duì)比 mm

≤Φ12mm規(guī)格的負(fù)差率由2020年的4.758%提升至4.77%。Φ14～Φ20mm規(guī)格負(fù)差率由2020年的4.058%提升至4.08%，≥Φ22mm規(guī)格負(fù)差率由2020年的3.167%提升至3.18%。通過(guò)對(duì)K1孔型的優(yōu)化，提高產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性。

3.2 提高大規(guī)格材彎曲性能的措施

分析冷彎裂紋位置是在橫肋根部，從變形裂紋來(lái)看是因應(yīng)力集中造成的[1]，為此必須改變橫肋根部受力狀態(tài)和應(yīng)力集中現(xiàn)象。

(1)為了改變受力狀態(tài)，改變橫肋根部冷彎時(shí)的受力方向，將橫肋與鋼筋軸線的夾角β根據(jù)不同規(guī)格和生產(chǎn)運(yùn)行情況，減少10～15°，既考慮到改變橫肋根部拉伸方向，減少橫肋根部受力，又要兼顧橫肋充滿度，提高單孔軋制量。

(2)為了減少橫肋根部應(yīng)力集中現(xiàn)象，必須改變橫肋根部加工方式[2]，由于螺紋銑程序無(wú)法實(shí)現(xiàn)橫肋與鋼筋表面弧形加工，因此只能通過(guò)刀頭改進(jìn)來(lái)實(shí)現(xiàn)，但由于刀頭尺寸小，加工困難，為此提出對(duì)橫肋加工采用雙直線設(shè)計(jì)，使橫肋與鋼筋表面交接處有擴(kuò)張，通過(guò)兩次加工完成，改善橫肋根部應(yīng)力集中現(xiàn)象。

(3)為了減少橫肋根部擴(kuò)張帶來(lái)的負(fù)差影響，減小橫肋頂寬和高度。

(4)調(diào)整開(kāi)軋溫度、控軋控冷溫度，改善冷彎性能。

3.3 解決多切分材性能線差大的措施

(1)對(duì)控軋穿水襯管(進(jìn)水口)內(nèi)腔尺寸重新設(shè)計(jì)[3]，考慮到軋件進(jìn)入控軋穿水管的保證余量，將穿水襯管(進(jìn)水口)內(nèi)腔尺寸高寬比設(shè)計(jì)為1∶4，以減少冷卻帶來(lái)的軋件溫度差。另外從穿水襯管進(jìn)水孔數(shù)量和分部情況看，在軋件左右兩側(cè)各有1個(gè)Φ10mm 孔，但在寬度方向上，即上下表面各僅有2個(gè)Φ10mm 孔，顯然寬度方向上冷卻不夠，兩側(cè)冷卻過(guò)度。為此將上下表面各增加到4個(gè)Φ10mm 孔，這樣設(shè)計(jì)與改進(jìn)后的穿水襯管(進(jìn)水口)內(nèi)腔尺寸高寬比設(shè)計(jì)相匹配，另外考慮到由于進(jìn)水孔的增加，為了保證軋件冷卻壓力不變，將總水壓由原來(lái)的1.8MPa改為2.0MPa。

(2)優(yōu)化控冷穿水裝置冷卻工藝。軋制時(shí)，先將控冷第一段各線溫度調(diào)整，鋼材上冷床后取激冷樣，試樣按照從南線到北線逐支加長(zhǎng)(方向可變化，但各線必須要區(qū)分)，以便區(qū)分各線性能，根據(jù)激冷樣性能，通過(guò)分線調(diào)整控冷第二段溫度，減少性能差；假如某線性能屈服強(qiáng)度偏高，強(qiáng)屈比低，則適當(dāng)提高此線冷床回火溫度；假如某線屈服強(qiáng)度偏低，強(qiáng)屈比高，則適當(dāng)降低此線冷床回火溫度。

4 結(jié)束語(yǔ)

昆玉鋼鐵棒線工藝優(yōu)化改進(jìn)實(shí)踐表明：

(1)通過(guò)對(duì)成品軋輥K1孔型進(jìn)行時(shí)間優(yōu)化，在確保完成負(fù)差率指標(biāo)的前提下，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。

(2)通過(guò)優(yōu)化孔型設(shè)計(jì)，改變了軋件受力狀態(tài)和減少了橫肋根部應(yīng)力集中，改善了大規(guī)格化冷彎裂紋的現(xiàn)象，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的條件下，提高了軋輥使用壽命，換輥次數(shù)由優(yōu)化前的6次/班，減少到了3次/班，減少了換輥孔次數(shù)，降低了輥耗的同時(shí)日產(chǎn)量明顯提高。

(3)通過(guò)對(duì)控軋襯管改進(jìn)改善了預(yù)切料寬度方向上的溫差，分線調(diào)整進(jìn)一步彌補(bǔ)因控制后溫度差異帶來(lái)的性能線差，提供了鋼材性能的穩(wěn)定性，切分工藝生產(chǎn)的鋼筋性能差控制了15MPa以內(nèi)，溫度差控制在30℃以內(nèi)，避免了軋件上冷床后因軋件穿水冷卻不均帶來(lái)的性能差距和波浪彎問(wèn)題。