大规格U600 mm系列钢板桩的开发及应用

代永生，韩小强

（河北津西钢板桩型钢科技有限公司，河北 唐山 064300）

热轧U型钢板桩主要用于围堰、防洪、开挖隧道、基坑支护等大型重点工程。目前，国内将热轧U型钢板桩作为永久性使用材料的需求较小，多数作为重复性打桩材料。这种使用特征与普通钢材具有明显的差异，也决定了热轧U型钢板桩的市场需求特征。

2000—2001年马钢首次生产了HP400系列钢板桩，并将其应用于嫩江大桥围堰工程；2011年、2012年紫竹、武钢成功试轧钢板桩；2013年8月，津西热轧钢板桩历时1.5年的室外打桩试验获得成功，并且批量投入市场，大幅度降低了国内钢板桩的进口量[1]。

津西钢板桩型钢科技有限公司于2017年1月成立。公司成立以来，共计承担设计、研发项目8项，获得国家专利14项，拥有软件注册权2项。钢板桩产品设计项目在2017年被列为河北省重点项目，同时被列为全省“战略性新兴产业”的钢铁类项目。公司主要产品除了400 mm系列钢板桩以外，还包括600 mm以上系列的热轧U型钢板桩、700 mm以上系列的热轧Z型钢板桩、1 100 mm大规格H型钢，本文以开发600 mm系列热轧U型钢板桩为例阐述开发过程，并将其稳定投入市场使用。

1 开发工艺流程和坯料准备

1.1 工艺流程

开发工艺流程为：转炉→LF精炼炉→板坯连铸机→钢板桩加热炉→粗轧BD1→粗轧BDU→精轧7架串列轧机→热锯、冷床→矫直、检验→冷锯、分流→打包发货。

转炉入炉铁水满足双“30”的目标，即铁水的w（Si）=0.3%±0.05%，铁水的w（S）≤0.03%；转炉冶炼过程化好渣，确保钢水终点w（P）≤0.03%，出钢过程中杜绝下渣；钢包进入LF精炼炉钢水温度≥1 560℃，合理加入精炼渣和白灰用量，保证精炼终渣碱度在2.2~2.6之间；采用硅系脱氧剂，使终点氧活度≤15×10-6；出站后喂线处理，软吹时间≥10 min；连铸采用全保护浇铸工艺，防止二次氧化，结晶器采用自动液面控制系统，液面波动控制在±3 mm，二冷采用气雾冷却系统增加冷却效果，采用比水量0.6 L/kg的自动配方，铸坯断面准备700~840 mm宽、180 mm厚的坯料，检验合格后备用。

1.2 坯料材质设计

大规格钢板桩材质执行《JIS A5528—2012热轧钢板桩》标准，钢种SY390采用铌微合金处理，成分设计要求如表1所示。

表1 SY390钢种成分设计要求 %

将产品的厚度用h表示[2]，其设计依据参考以下公式（假定合金元素的叠加作用呈线性关系）：

屈服强度σs=9.8×｛12.4+28w（C）+8.4w（Mn）+5.6 w（Si）+5.5w（Cr）+4.5w（Ni）+8.0w（Cu）+55w（P）+[3.0-0.2（h-5）]｝。

抗拉强度σb=9.8×｛23.0+70w（C）+8.0w（Mn）+9.2 w（Si）+7.4w（Cr）+3.4w（Ni）+5.7w（Cu）+46w（P）+[2.1-0.14（h-5）]｝。

2 开坯BD1试轧与调整

1）开坯坯料采用700 mm×180 mm断面BD1试轧第一支，使用科赫提供7道图表，第1道立轧因压下量大翘头严重，撸头2次后翘头未减轻，倒出轧机后回加热炉。调整使用科赫提供的9道次图表后，BD1顺利完成。

2）测得中间产品单侧锁扣未成型，金属塑性成型存在严重的不均匀现象，根据金属流动的最小阻力定律，得出其受到材质成分和组织、坯料温度、轧件表面摩擦力、孔型设计等因素影响[3]。根据现场试轧的实际情况，考虑孔型因素影响较大，因此对BD1孔型设计进行优化，优化前后孔型对比如图1、图2所示，优化后再次试轧。

图1 优化前BD1孔型（mm）

图2 优化后BD1孔型（mm）

3 全线试轧过钢及调整

3.1 粗轧试轧

采用840mm×180mm规格开坯坯料轧制600mm×226 mm规格U型钢板桩，开轧温度1 180℃，最高轧制力为第8道1100kN，最大电流为第6道3500A。在测量尺寸上，腹板、侧壁、传动侧锁扣高度符合要求，操作侧锁扣未成型，金属量不足，锁扣压平。通过调整，将四道槽位对中整体向操作侧移动5 mm，第3道立轧放到445 mm，轧制第2支后，操作侧锁扣情况好转，但未达到标准，如图3所示。

图3 初步调整中间产品

测量BD1边环辊缝两侧相差3.5 mm，换新标定垫块重新标定后，测量边环辊缝两侧相差1 mm。测量数据后，操作侧锁扣压平有好转，但不符合标准，继续将BD1的四道槽位对中调整4 mm，BD1轧制正常。BDU第一道翘头，抽头3次后才能正常轧制，轧制后尺寸有所改善，检查轧辊BDU二孔上辊操作侧未充满，对BD1轧制图表进行调整，如图4所示。锁扣高度改善后进入精轧过程，为保证精轧开轧温度，对两架开坯进行提速处理。

图4 粗轧BD1轧制图表

3.2 精轧试轧

精轧开轧温度为1050℃、F6电流大持续在4000 A，尺寸为宽630 mm、高257.2/258 mm、腹板20.1 mm、侧壁11.6/11.7 mm、尾样负差为+6.3%，操作侧整支锁扣未成型。精轧4架传动侧上辊粘铁严重，6架传动侧上轻微粘铁，粘铁处理时对辊缝进行调整，BD1四道槽位对中继续向操作侧调整8 mm，BDU一道放0.5 mm，三道压0.5 mm，精轧6架放0.3 mm，5架压0.3 mm，全线通轧后产品尺寸满足要求，如图5所示。

图5 终端600 mm×226 mm规格钢板桩

4 产品性能与应用

4.1 产品性能

终端产品性能执行《JIS A 5528—2012热轧钢板桩》标准中要求，如表2所示。其中试样执行《JIS Z 2241—2011金属材料拉伸试验方法》标准要求。

表2 《JIS A 5528—2012热轧钢板桩》标准中性能要求

津西钢板桩科技有限公司600 mm系列热轧U型钢板桩开发成功后批量生产，SY390材质600 mm×226 mm规格钢板桩产品性能如下页表3所示[4]。

表3 实际生产中钢板桩产品性能

4.2 钢板桩的应用

津西钢板桩自2013年投放市场以来，现可生产抗击-30℃的Z型钢板桩、加宽加长U型钢板桩、强耐腐蚀性钢板桩等高端精品，还可生产代表世界先进水平的最大规格达到900 mm的U型钢板桩、850 mm的Z型钢板桩产品，部分产品可填补国内外空白。同时，津西钢板桩型钢科技有限公司与德国科赫公司合资成立欧洲国际钢板桩和绿色基础工程公司，致力于打造以绿色钢铁产品钢板桩、组合桩等桩基产品为核心的一站式基础工程解决方案，提升国内钢板桩市场的技术应用和标准，在市政、水利、铁路、港口码头、民用建筑、人防、污水治理、围堰建桥、防洪护堤等领域带给广大海内外用户新的体验，在国际桩基和绿色基础工程领域具备研发、生产、设计、施工的全产业链优势。目前，津西钢板桩成功应用于国内多项重点工程，如广州虎门二桥（见图6）、南水北调河北段（见图7）等[5]，并出口日本、新加坡、越南等十几个国家和地区，受到广大用户的一致好评。

图6 广州虎门二桥

图7 南水北调河北段

5 结论

1）根据津西的生产工艺流程，设计生产出以铌微合金的材质坯料，其生产成本合理、产品性能稳定、完全满足标准的要求。

2）针对粗轧和全线试轧时存在的问题，对开坯孔型和轧制图表进行优化，对槽位对中和辊缝进行调整，最终U600 mm系列热轧钢板桩开发成功，并且批量投入市场。

3）津西钢板桩成功应用于国内多项重点工程：京杭运河枣庄段二级航道整治工程、广州虎门二桥、南水北调河北段、深中通道、广州石井河环境治理、太湖隧道、广州南沙灵山新联二码头、广东东莞望牛墩富安村朱坪沙水闸、泰国曼谷PASK河道治理等，并出口日本、新加坡、越南等十几个国家和地区，受到广大用户的一致好评。