邯钢万能法轧制钢轨不对称缺陷成因及对策

于凡　王世杰　户庆鹏��

摘要：随着国内铁路的提速，对钢轨的要求也日益提高，各国铁路采取高速﹑重载和高密度的运输方案，使钢轨的服役条件更加恶化，因而对钢轨的要求越来越严格。本文着重分析了應用万能轧制法轧制钢轨的过程中出现不对称的缺陷，发现主要是因为对孔型的设计不当，使得轧件在出轧机成品孔时，由于重力和钢轨上下表面温差的作用令钢轨的头部下偏、头部不对称现象有所忽略。为了消除这种现象，本文针对孔型提出了优化设计方案，进而使缺陷得以完善。

关键词：钢轨不对称缺陷；孔型

2012年6月，邯钢大型轧钢厂全线贯通，开始走向了万能轧制法生产钢轨之路。该轧制法具有孔型法轧制发难以相比的优点，如：调整更简单、控制精度更高、辊耗更小，此外，还可以得到上下形状对称的断面。在保证压下工序合理运行的前提下，又能将轧辊孔型的设计进行简化。但是，在生产初期，邯钢等大型厂方却存在着钢轨的头部不对称缺陷。为此，本文针对轧辊在万能轧制法中的装配质量、轧件进机组前的温度变化及对孔型的设计等相关因素进行分析，以期对问题的解决提供思路。

1 孔型系统

目前邯钢大型厂使用的万能轧机轧制钢轨时运用的孔型为“箱形孔+帽形孔+轨形孔+万能孔+轧边孔。其中BD1轧机配置箱型孔，BD2轧机配置帽形孔+轨形孔，UF轧机配置半万能孔型，孔型布置见下图。

2 钢轨不对称缺陷成因分析

近几年由于铁路向高速、重载的道路延伸，开始对钢轨的质量、尺寸精度及性能有了更高标准的要求。目前使用的铁路铺设过程中多数会把钢轨焊成一个规定的长度，同时留出一定的空隙进行热膨胀，以减少车辆运行时车轮冲击钢轨端部的次数。此时，钢轨焊接的不对称精度就成了保证钢轨质量和使用年限的一个重要参数，钢轨的不对称精度越高、两支钢轨焊合的精确程度越大。下面我们对可能造成钢轨不对称的原因进行分析。

2.1 轧辊装配质量的影响

邯钢大型厂使用的是德国SMS公司制造的万能轧机机组，该机组使用液压辊缝自动控制系统 （AGC）与张力控制系统 （TCS），能够使轧机进一步提高轧制的精度。另外，因为轧辊必须要在在线标定并模拟轧制完成之后才可以上线轧钢，所以一旦轧辊的装配出现质量问题，上述两个过程就无法顺利完成。因此可以判断，轧辊的装配质量不影响不对称缺陷。

2.2 进万能机组前轧件温度的影响

根据测量，我们可以把来料的温度分为850～900℃、大于900℃两组，两组分别取轧件200根测量钢轨头部的不对称情况。将测量结果整理统计发现：当温度大于900℃的不合格率为2.5%；温度在850～900℃的不合格率为3%。因此可以得出，进组前的轧件温度可以稍微影响不对称缺陷。

2.3 孔型设计不完善的影响

之前的万能机组在轧制工艺中使用的孔型设计是对称的，那时生产出来的样品虽然测量符合正常的不对称标准范围，但是在成品批量生产时不对称检查却超标。因为在通常情况下，成品样需要入水冷却后再进行测量看是否符合标准，但批量生产的钢轨成品质量测量是自然空气冷却后在进行样品检查台的整根检测。为了比较成品的入水冷却和放在空气中冷却试样这两种不同冷却方式下发生的不对称变化的情况，我们在刚轧制出的某成品热钢轨上，切取2段相邻部位、长度为300mm的试样，一段使用水冷，一段进行空冷，冷却后测量发现：水冷件的头部不对称向下偏离的距离为0.2mm，符合标准；而空冷件的头部不对称向下偏离的距离是0.6mm，不符合标准；而经水冷后，头部上翘0.4mm，上翘后的头部不对称为0.2mm，符合标准。由此可知：热锯水冷件的头部不对称合格，但是我们在成品测量时却发现有不对称不符合标准的情况出现，这是因为，原来的孔型设计为对称孔型，没有考虑到轧件出孔型后因重力和上、下表面温差造成钢轨头部下偏而引起的不对称现象。

3 钢轨不对称缺陷解决方案

（1）不对称的测量方式上的改变。为尽量减小取样与成品检测的冷却与测量方式不同而造成的误差，我们可以将中间取水冷样测量不对称的方式改为取空冷样测量不对称。

（2）孔型设计的优化方案：钢轨成品头部下偏是由钢轨出成品孔型后的自身重力因素造成的，因此我们可以从万能机组的孔型设计上来尽量避免钢轨头部下偏的缺陷。由于BD机组的孔型设计成半成品孔，机组的中间部分比较厚，并且是连轧机组，U1和E、E和U2之间存在张力作用，因此头部由重力引起的下偏不会影响到BD、U1、E、U2。轧件成品出UF孔型后，没有了张力的支持，又由于成品孔的中间部位最薄，重力的作用影响就最大。因此，我们可以修改UF孔型，把原来的对称孔型改为以腰和腿的交叉点作为基点上移0.4～0.6mm。

4 结论

钢轨轧件出UF成品孔型后因重力原因和上、下表面温差导致钢轨头部下偏，并且此现象与钢轨形状和钢轨单重有关，一般单重越大，此现象越明显。

参考文献：

[1]张银华.周清跃等中华人民共和国铁道行业标准，TB/T 23442012.

[2]孙惠民.在万能轧机上轧制钢轨，包钢科技，1993（2）：3440.

作者简介：于凡（1989），男，汉族，北京科技大学，助理工程师，轧钢工，研究方向：材料工程技术。