热轧H型钢翼缘端部缺陷原因分析与改进

田志灿

(山东钢铁股份公司莱芜分公司)

热轧H型钢翼缘端部缺陷原因分析与改进

田志灿

(山东钢铁股份公司莱芜分公司)

分析了莱钢H400x400规格翼缘端部未充满缺陷的产生原因，通过采取完善加热、速度以及变形制度，优化压下规程及轧边机槽深等措施，最终使得此缺陷得到有效解决。

H型钢 孔型参数 压下规程 加热制度 速度制度 变形制度 轧槽深度

0 前言

莱钢大H型钢生产线的主体设备从德国SMS公司引进，轧制工艺采用“X-H”往复式轧制，并结合动态AGC技术以及TCS调整系统，具有国际先进水平。该条生产线于2005年9月份投产运行，主要生产多种规格的H型钢、工字钢产品，其H型钢翼缘最大高度为400 mm，腹板最大宽度为900 mm。其中TM机组包括三架轧机，为UR(万能粗轧)-ED(轧边机)-UF(万能精轧)，TM的三架轧机集成了世界最新的H型钢轧制技术，主要包括X-H轧制技术(德国西马克公司专利技术)和TCS(包括AGC和HAGC)辊缝自动控制技术。X-H轧制工艺技术具有流程短，投资少，生产成本低，调整手段多等优点。但是这两项先进技术对孔型设计和压下规程的设计要求较严，设备维护不到位或者工艺设计不合理都会导致质量缺陷难以控制，影响产品质量和成材率等经济指标的提升。翼缘端部充满程度影响H型钢翼缘尺寸精度以及端面平整度，随着型钢应用行业的普及，钢结构企业对此缺陷的重视程度显著增加。

1 问题的提出

大型H型钢H400x400规格为大型线截面模量最大，是该生产线的极限规格。由于坯料翼缘半腿尺寸为175 mm，生产该规格时导致腿部金属量先天不足。

现场拓样(中部)与BD孔型轧机孔型比对后得到以下数据：

(1)BD后轧件实际半腿厚为89 mm，孔型中半腿厚为95 mm;

(2)实际半腿高为208.5 mm.孔型中半腿高188 mm,BD最后一道次辊缝38 mm，轧机弹跳为4 mm～5 mm，得出实际轧制时孔型中半腿高为188+19+2.5=209.5 mm;

通过拓样面积计算BD孔型中腿腰延伸比为1.03，而TM成品翼缘与腹板金属量比为2.02，根据TM轧机最后一道次腿腰延伸比1.03推算，BD终轧轧件的腿腰延伸比应为1.34。

中未完全充满；另一方面实际轧件在BD孔型轧制后腹板金属量较大，对翼缘的拉缩作用明显。

2 翼缘端部未充满原因分析

2.1 BD轧机成品孔型的设计

其中规格基本尺寸为：

规格：H400×400×13×21/172 kg/m

执行标准：GB/T 11263 - 2010

尺寸公差：腰高(±3.0)，腿宽(±3.0)，腹板厚度(±1.0)，翼缘厚度(±1.7)

成品标准内宽：BHnom=400-21*2=358 mm

成品标准半腿高：BTnom=(400-21)/2=193.5 mm

根据相应理论计算得出：BHUF=359 mm～360 mm BHUR =357 mm～362 mm

BD轧机成品孔的设计依据精轧机及成品参数，由于该参数在实际生产过程中已经固化，受产品尺寸的限制，可优化的空间有限。A孔的设计(成品孔)尺寸参数设计如下：

(1) 半腿高a的确定：

一般半腿高a比成品BTbeamnom小5 mm～10 mm，这里取7.5 mm，所以A孔槽深取188 mm。

(2) 内幅宽的确定：

根据BD来料内宽一般比UR的BH值小9 mm～20 mm，成品腿越长，取值越大，也考虑UR水平辊与轧件的咬入点，咬入点位置在中位点以下附近，这里取20 mm，所以A孔内幅宽为342 mm；目前外方人员原始设计该尺寸为327 mm。

(3) 内侧壁斜度偏移量的确定：

内侧壁偏移量一般取5 mm～15 mm，成品半腿高越小，取值越小，这里取15 mm。

(4) 内侧壁R1、R2的确定：

根据近R2一般比成品R角大8 mm～15 mm， R1=200 mm，R2=30 mm

(5) 内侧壁斜度ψ1的确定：

内侧壁斜度ψ1取100～180，成品半腿越大，斜度越小，这里取14.18。

(6) 外侧壁斜度偏移量的确定：

外侧壁斜度偏移量一般取5 mm～10 mm，这里取10 mm。

(7) 外侧壁R3、R4的确定：

R3=250 mm，R4=45 mm

(8) 外侧壁斜度ψ2的确定：

外侧壁斜度ψ1取30～50，考虑实际生产中的腿外侧拉丝和今后可修改的余地，这里取3.93。

(9) 腿端圆角r1、r2的确定：

一般取12 mm～15 mm，这里取15 mm。

(10) 半腿宽的确定：

由TM压下规程可知，半腿宽为99.8 mm。

2.2 TM轧边机前几道次基本没有压下量，不能对翼缘端部进行良好加工。

轧边机控制翼缘长度控制和分配翼缘金属量的原理见图1。轧边机的作用是轧制轧件的翼缘，不对轧件的腹板进行轧制，轧件腹板与辊面有一定的间隙。但是会由于轧边机的槽深问题、三架轧机轧制线高度以及连轧堆拉关系的问题，造成轧件单侧腹板与轧辊表面接触现象，从而形成上下偏心。这就对轧边机的槽深设计提出了严格的要求，，轧边机负荷低于100 kN，不能对翼缘端部进行加工。

图1 轧边机孔型示意图

2.3 TM轧制温度过高，翼缘宽展小，导致头尾充满度好，中间差。

2.4 轧制过程中拉钢，中间充满度差。

由于考虑轧件的翼缘宽度控制在公差范围内，不出现明显的翼缘波浪缺陷，在TM轧机堆拉关系的调整中，一般采用拉钢的状态。但是这样造成了轧件中部翼缘腿部金属充满度差，头尾充满度较好的情况。

3 翼缘端部未充满缺陷解决措施

3.1 优化BD孔型参数。

根据BD来料内宽一般比UR的BH值小9 mm ～20 mm，成品腿越长，取值越大，也考虑UR水平辊与轧件的咬入点，咬入点位置在中位点以下附近，这里取20 mm，所以A孔内幅宽应为342 mm；目前设计值为327 mm，导致与精轧机扩腰量为30 mm以上，造成轧件咬入困难和拉缩翼缘；需要将内幅宽尺寸由原来的327 mm改为342 mm。BD成品孔优化前后示意图如图 2所示。

图2 BD成品孔优化前后示意图

3.2 优化BD压下规程，合理分配各道次压下量。

根据TM成品翼缘与腹板金属量比为2.02，考虑TM翼缘与腹板延伸比控制在1.01～1.05之间五道次轧制，倒推BD来料翼缘和腹板的金属量比应为1.34，而根据实际拓样计算：BD来料翼缘和腹板的金属量比为2.06，从而确定BD的压下规程，原先最后一道次38 mm，现在33 mm，考虑BD负荷分配各道次压下量，防止断辊，改为9道次。

3.3 TM压下规程优化

前期立辊压下量加大增加翼缘的宽展，轧边机适当压下，保证各道次翼缘端部均能得到良好加工。

3.4 加热制度、轧机速度制度的优化。

(1)加热温度以保证BD轧机轧制负荷不超过280 bar为前提，按照1 270 ℃基础上以10 ℃为单位递减。

(2)TM速度制度按照下表执行。控制TM轧制速度，从而控制终轧温度，增加翼缘的宽展。

表1 H400X400规格TM轧机速度制度

3.5 轧机堆拉关系的调整。

控制好TM的对拉关系，避免拉钢。

3.6 轧边机的槽深优化

轧边机原始孔槽深度的设计公式为：

H=(2×BT×1.01-k)*0.5

其中BT为轧件的标准半腿长

k是为了避免调整过程中轧制轧件的腹板，留有足够的调整余地，避免发生堆钢事故。经验值取值范围5 mm～7 mm。

轧边机槽深设计完成后必须进行相应的调试优化，调试的过程中遵循的原则是轧边机辊缝比轧件的腹板厚度大1mm时，轧件的翼缘长度控制在标准尺寸上。部分规格轧边机轧槽深度优化前后对比见表2。

表2 部分规格轧边机轧槽深度优化前后对比表

4 结语

(1)H400x400规格翼缘端部未充满的主要调整手段主要对孔型参数的调整以及轧边机槽深尺寸的控制。

(2)轧边机槽深优化至关重要。单侧翼缘过分长需要将轧边机槽深减浅，单侧翼缘过分短类需要将轧边机槽深加深。

[1] 俞汉清.金属塑性成形原理[M].西北工业大学，1999.8(2014.1)

[2] 康永林.轧制工程学[M].北京：冶金工业出版社，2014.6

CAUSE ANALYSIS AND IMPROVEMENT OF END DEFECTS ON HOT ROLLED H STEEL FLANGE

Tian zhican

(Laiwu branch of Shandong Iron and Steel Co., Ltd.,)

The causes of non-full of defects on the H400x400 specifications flange are analyzed, The defects were effectively resolved through perfecting the heating, speed and deformation system, optimizing the press rules and edger groove depth etc.

H type steel pass parameter press down regulation heating system speed system deformation system rolling groove depth

2016-9-18

*联系人：田志灿,工程师,山东.莱芜(271104)，山东省莱芜市钢城区型钢厂;