球扁钢生产问题浅析*

张　纯，武志强

(1.南京钢铁股份有限公司， 江苏 南京　210035；2.东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室， 辽宁 沈阳　110819)



球扁钢生产问题浅析*

张纯1，武志强2

(1.南京钢铁股份有限公司， 江苏 南京210035；2.东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室， 辽宁 沈阳110819)

介绍了球扁钢的特点及分类，提出了球扁钢的生产工艺及侧弯的解决方法。

球扁钢； 工艺设计； 弯曲变形； 产品合格率

引言

球扁钢是船舶专用结构型钢，就像人的肋骨一样在船体结构中发挥着至关重要的作用，大型船只和舰艇在设计时其主船体大多选用球扁钢作扶强材，与船体钢板通过焊接或者其他方式连接组成各种结构，用于防挠及扶强[1]。按照目前市场价格，球扁钢经济效益很好，每吨价格可比角钢、普通H型钢、工字钢等高出1000元以上，且成本无明显增加。从每吨净收入角度看，由于普通型钢的价格已接近甚至低于成本，因此生产球扁钢企业的净收入可达前者的10倍以上[2]。

1　球扁钢的特点

球扁钢的形状如图1所示，由球头和腹板两部分构成，由于其形状不规则，断面不对称，因此，它轧制时在孔型内的稳定性很差，不均匀变形比较强烈，这给轧制道次变形分配、轧制过程中断面温度控制以及轧件在冷床上冷却过程中侧弯变形等都带来了决定性影响，致使长期以来球扁钢的成材率一般只有80%左右。

图1　球扁钢的形状

图1中，h为球头高度；b为球扁钢宽度；l为腹板厚度；r1为球顶面与腹板间的圆角半径、球端圆角半径;r为腹板端部圆角半径；d为重心距离。

球扁钢种类繁多，根据GB/T9945-2001，从强度级别上，分为一般强度球扁钢和高强度球扁钢。一般强度球扁钢的屈服强度大于235 MPa，根据其韧性要求不同，分为A, B, D, E四个质量等级；高强度球扁钢的屈服强度大于315 MPa，分为三个强度等级和三个质量等级。其中315 MPa级球扁钢分为A32,D32,E32，其冲击韧性要求不同，A级要求在0 ℃、D级在-20 ℃、E级在-40 ℃下的冲击韧性均能达到31 J；355 MPa级球扁钢分为A36,D36,E36，其不同温度下的冲击韧性均能达到34 J；390 MPa级球扁钢分为A40,D40，其不同温度下的冲击韧性均能达到41 J。

2　生产工艺

鉴于球扁钢的特殊形状与生产效率，在工艺设计时必须考虑到以下几个方面：保证球扁钢的精确成形及组织性能；变形相对较为均匀；提高轧件在孔型内的稳定性；选择适当的开轧温度与终轧温度；减轻轧机的负荷；提高轧辊的使用率，尽量降低轧辊准备[3]。

就船用球扁钢而言，作为造船的重要型钢材料，对钢材的强韧性、表面质量以及尺寸精度要求均较高，因此要严格控制轧制过程的相关工艺技术参数：

1)开轧温度控制在1000～1100 ℃，避免坯料在加热炉内过高温度下的长时间停留；

2)粗轧道次采用大压下量，压下量占总压下量的60%，尽可能地在成形前使晶粒破碎，以确保成品性能；精轧道次压下量占总压下量的40%，以保证产品的变形均匀，避免侧弯等现象；

3)为了使球扁钢晶粒细小均匀并提高产品强度和冲击韧性，终轧温度控制在840～900 ℃；

4)为减少成品表面麻点等缺陷，确保产品表面质量，可增加高压水除鳞设备；

5)钢材轧制后送至冷床上冷却，减少侧弯现象。

球扁钢的生产工艺流程一般设置为：原料准备—加热—高压水除鳞—粗轧—中轧—精轧—热锯锯切—冷床冷却—矫直—检验—定尺锯切—包装—入库。

3　侧弯问题及解决方法

3.1轧制过程中侧弯问题

轧制过程中的弯曲变形主要是由于轧制过程中球头和腹板的压下率不一致引起的，可以采用高强度粗轧机增大粗轧道次的压下量和不均匀变形，减小精轧道次球头和腹板压下率不一致的程度，使精轧道次中球头和腹板的变形量相对均匀，并减轻精轧机组的工作负荷。通过该方法得到的产品质量稳定，合格率可达99%以上[3]。

3.2自然空冷过程中的侧弯问题

在轧后冷却的过程中产生的弯曲变形主要是由于不均匀温度场引起的[4]，可以通过加快球头部位的冷却速度，减小球头与腹板的冷却速度差，从而改善球扁钢横截面内温度场分布不均匀的程度。柳钢

中型厂在球扁钢生产实践中发现，在250 ℃时对整根轧件进行快速冷却，使球头与腹板的冷却速度差尽可能的小，可以有效地控制球扁钢的弯曲变形[5]。采取在精轧后辊道上对球扁钢球头外侧面进行强制冷却的方法(如图2所示)，可有效减小侧弯程度[6]。

图2　球头快冷装置

4　结束语

通过优化轧制和冷却工艺，以及有效地解决球扁钢生产过程的侧弯问题，可以得到高强韧性、理想的表面质量以及尺寸精度的产品，并且提高了产品的成材率以及合格率。

[1]徐旭东, 刘相华, 吴迪,等. 改善H型钢断面性能均匀性的研究[J]. 塑性工程学报, 2003, 10(5):82—85.

[2]吴迪, 严凤荣. 球扁钢和L型钢共用孔型系统中成品孔的研究[J]. 钢铁, 2001, 36(6):29—31.

[3]王吉林, 赵勋. 球扁钢的工艺方案设计[J]. 现代冶金, 2003, 31(5):9—11.

[4]张增磊. 球扁钢轧后冷却弯曲变形理论分析[J]. 特钢技术, 2013，(4):10—12.

[5]唐剑, 邹勇. 24#船用球扁钢轧制孔型设计[J]. 柳钢科技, 2008，(2):29—31.

[6]李建华, 樊泽兴, 赵远峰. 球扁钢、L型钢长尺生产技术浅析[J]. 物理测试, 2012, 30(4):19—21.

2016-03-16

张纯(1987—)，女，本科，助理工程师。电话：15895806963；E-mail:176040702@qq.com

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