CN101712044B - 钢轨轧制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能够缩短新品种开发周期的钢轨轧制方法，包括BD区轧制工艺和万能区轧制工艺，BD区的最后一个孔型为先导孔，万能区的第一个孔型为万能粗轧孔，对43kg/m～75kg/m规格的钢轨，应用同一BD区工艺轧制钢轨的参数范围为：轨底宽差ΔD≤15mm、腰厚差ΔE≤5mm、轨高差ΔC≤25mm，先导孔到万能粗轧孔的孔型过渡满足：腹腔展宽L为-3mm～+5mm；腿腰连接圆弧及头腰连接圆弧半径差ΔR≤10mm；对腿内侧单斜度钢轨，先导孔腿内侧斜度与万能粗轧孔腿内侧斜度差为5°～8°，对腿内侧双斜度钢轨，先导孔腿内侧斜度与万能粗轧孔腿内侧斜度差为3°～6°，可大大缩短产品的开发周期，新产品约可缩短二分之一的开发时间，开发成功率可提高一倍，可应用于43kg/m～75kg/m规格的钢轨。

Description

钢轨轧制方法

技术领域

本发明涉及轧钢领域，尤其是一种钢轨轧制方法。

背景技术

目前，现代化的钢轨生产企业一般采用世界上先进、成熟的七机架或五机架分离布置的万能法轧制生产模式，轧制生产线由BD区域和万能区域组成，BD区域由BD1、BD2机组构成，万能连轧机组由万能粗轧机、轧边机和精轧机组成。

钢轨BD机组的辊系由上下水平辊组成，采用直轧方式，BD区域孔型如图1和图2所示。

钢轨万能轧机辊系由上下水平辊和传动侧、操作侧两个立辊组成万能粗轧孔型，万能区域的孔型如图3所示。

在钢轨新品种研发设计过程中，降低新品种开发成本、缩短新品种开发周期，是任何新产品开发都想达到的目的。由于万能法轧制钢轨最大的工艺设计难度是BD区的轧制工艺设计，因此谋求对尺寸相近的钢轨应用同一BD区轧制工艺，以期大大缩短新品种的开发周期，提高钢轨品种的开发成功率，此外，BD区与万能区的过渡孔型是BD区的最后一个孔即先导孔和万能区的第一个孔即万能粗轧孔，因此BD先导孔和万能粗轧孔的匹配，是新品种轧制设计过程中的难点、要点，也是钢轨设计过程中必须考虑和解决的一个问题。决定先导孔和万能粗轧孔匹配设计合理性的因素有以下四方面。

一、腹腔的加工程度

轧件从先导孔轧出后进入万能粗轧孔，万能粗轧孔水平辊将对轧件的腹腔进行加工。在正常情况下，轧件在万能粗轧孔强制展宽，万能初轧水平辊对轧件进行了充分的加工，轧件的腹腔以及头、底金属都按照设计孔型进行变形，此时规格尺寸比较理想，从实际生产中最终轧件看，产品都能达到设计规格。

轧件从先导孔加工出来后，要进入万能粗轧孔进行加工，轧件在万能粗轧孔型中进行加工的展宽过程中，轧件受到轧辊压力作用，轧件各部分金属开始变形、流动充填孔型，在适当压下量的情况下，轧件各部分金属能够很好的充满型腔，而轧件本身也得到了很好的加工。轧件经过万能粗轧孔后进入万能中轧孔型，最后再在万能精轧孔型中加工成成品。

如果多个不同规格钢轨共用开坯孔型，一般选择尺寸在中间的品种为依据制定BD区轧制工艺，这时，尺寸相对小的品种从先导也到万能粗轧孔其展宽为正，在这个过程中，轧件逐渐展宽，在每个孔型中都能得到良好的加工，经过最终取样检查，轧件的腹腔、头腰连接处以及腰底连接处等部位得到了良好的加工，从通长规格看，波动也很小，最终成为合格的成品。

尺寸相对大的品种从先导也到万能粗轧孔其展宽为负，即由先导孔出来的轧件腹腔尺寸大于万能初轧水平辊尺寸，轧件进入万能粗轧孔型腹腔被加工的程度较少，会对轧件规格产生一定的影响：当轧件从先导孔进入万能粗轧孔轧制时，轧件的腹腔由于在万能孔型的约束下进行负方向展宽，由于金属变形具有塑性流动性，轧件腰部金属会向孔型中未加工到的地方流动，挤出多于的金属，造成最终产品出现折叠；与此同时，由于万能水平辊只能对轧件的腹腔进行一部分加工，这就使轧件的腹腔两端受力不均匀，轧件出孔型后出现扭转现象，产生废钢；负展宽太大，从成品规格上看，轧件的腹腔通长波动大，影响钢轨质量。

二、头、底拉缩量

轧件在进行轧制时，轧件头部、腰部和底部的金属在孔型的作用下进行延伸，它们所含的金属量不同，在延伸时金属的秒流量也不一致，这样就会导致轧件各部分拉缩现象。钢轨轧件从先导孔出来进入万能粗轧孔时，轧件各部分金属由于延伸后断面减小。轧件的腰部在孔型的作用下展宽延伸的最快。轧制过程中，腰部展宽太大，腰部金属向前流动的速度就会比头部、底部的快得多，导致头部、底部流动速度慢的金属向腰部流动，造成钢轨头部、底部的拉缩。头部和底部的金属向腰部流动后，就不能保持头部和底部的金属量，导致头部和底部充不满，轧件头部和底部的完整性不能得到保证。

三、孔型磨损均匀性

在正常轧制过程中，先导孔和万能粗轧孔腹腔设计合理，孔型的磨损是很均匀的，在轧辊没有达到轧制量极限时，孔型磨损对成品的质量、规格影响不大。在不同规格钢轨共用开坯孔型时，先导孔和不同万能粗轧孔型匹配不合理，孔型磨损会不均匀。孔型的不均匀磨损，使轧件形状、尺寸发生不均匀变化，还导致前后孔型的衔接出现问题，将增加换辊次数。

若不同规格的钢轨在生产中应用同一BD区轧制工艺，轧件从先导孔轧出后进入万能粗轧孔，轧辊压迫轧件使其展宽，轧辊必然受到磨损。其中较大规格钢轨先导孔和万能粗轧孔腹腔斜度差相对较小，在轧制过程中轧辊磨损比较均匀，成品轧件规格稳定。而较小规格钢轨先导孔和万能粗轧孔腹腔斜度相对较大，在轧制过程中孔型中腹腔斜度部分轧辊磨损严重，轧辊磨损程度不均匀，孔型形状遭到破坏，这样难以保障轧件的规格。实际生产中也发现，在轧辊受到不均匀磨损后，那些磨损比较严重的斜度部分减小了对轧件的加工能力，轧件表面很容易粘氧化铁皮，对轧件的表面质量产生影响。孔型斜度差异大，轧辊磨损严重，减小了轧辊的使用周期、增加了换辊频率，降低了生产效率。

四、轧件咬入条件的限制

设计时，轧件咬入条件是先导孔和万能粗轧孔腹腔尺寸选择的依据之一。从先导孔到粗轧孔正展宽越大，咬入条件越差，当正展宽大到一定程度时，即使轧件在大的冲击和足够的电机功率作用下进入了轧辊孔型，在轧件上也容易出现钢轨头侧金属或腿侧金属被万能粗轧腹部辊环切入头腰连接处或底腰连接处。在头腰或底腰连接处的金属最终被压入腰部，形成通长折叠。

终上，虽然有对不同规格钢轨应用同一BD区轧制工艺的钢轨轧制方法的设想，但将其真正应用到实际的轧制生产中还须考虑上述因素之间的矛盾，确定满足何种尺寸条件的钢轨品种可以应用同一BD区轧制工艺。

发明内容

为了克服现有万能轧机新品种开发周期较长的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种能够缩短新品种开发周期的钢轨轧制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：钢轨轧制方法，包括BD区轧制工艺和万能区轧制工艺，BD区的最后一个孔型为先导孔，万能区的第一个孔型为万能粗轧孔，对43kg/m～75kg/m规格的钢轨，应用同一BD区工艺轧制不同规格钢轨的参数范围为：轨底宽差ΔD≤15mm、腰厚差ΔE≤5mm、轨高差ΔC≤25mm，轨底宽差ΔD、腰厚差ΔE、轨高差ΔC定义如下：设D1、C1、E1分别是某一规格钢轨的轨底宽度、轨高、腰厚，D2、C2、E2分别是另一规格钢轨的轨底宽度、轨高、腰厚，ΔD＝|D1-D2|，ΔC＝|C1-C2|，ΔE＝|E1-E2|。

先导孔到万能粗轧孔的孔型过渡满足：腹腔展宽L为-3mm～+5mm；腿腰连接圆弧及头腰连接圆弧半径差ΔR≤10mm；对腿内侧单斜度钢轨，先导孔腿内侧斜度与万能粗轧孔腿内侧斜度差为5°～8°，对腿内侧双斜度钢轨，先导孔腿内侧斜度与万能粗轧孔腿内侧斜度差为3°～6°。

本发明的有益效果是：针对万能轧机的特点，提出本发明的钢轨轧制方法，可削减更换品种时准备BD区轧辊的时间，大大缩短产品的开发周期，在此基础上，结合轧制经验给出了由先导孔过渡到万能粗轧孔可参照的孔型参数变化，新产品约可缩短二分之一的开发时间，开发成功率可提高一倍，本发明可应用于43kg/m～75kg/m规格的钢轨。

附图说明

图1是钢轨轧制生产线BD1机组的孔型序列图。

图2是钢轨轧制生产线BD2机组的孔型序列图。

图3是钢轨轧制生产线万能区域的孔型序列图。

图4是成品钢轨的规格参数说明图。

图5是单斜度先导孔过渡到单斜度万能粗轧孔。

图6是单斜度先导孔过渡到双斜度万能粗轧孔。

图7是先导孔过渡到万能粗轧孔的腹腔展宽示意图。

图中标记为，1-先导孔，2-万能粗轧孔，α-先导孔腿内侧斜度，α1-万能粗轧孔腿内侧斜度，α2-万能粗轧孔靠近腿端一段的斜度，α3-万能粗轧孔靠近轨腰一段的斜度，L1-先导孔腹腔宽度，L20万能粗轧孔腹腔宽度，R1腿腰连接圆弧，R2-头腰连接圆弧，D-轨底宽，E-腰厚，C-轨高。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1～图7所示，根据轧制实践结合长期的孔型参数对比得出本发明的钢轨轧制方法，包括BD区轧制工艺和万能区轧制工艺，BD区的最后一个孔型为先导孔1，万能区的第一个孔型为万能粗轧孔2，对43kg/m～75kg/m规格的钢轨，应用同一BD区工艺轧制不同规格钢轨的参数范围为：轨底宽差ΔD≤15mm、腰厚差ΔE≤5mm、轨高差ΔC≤25mm，轨底宽差ΔD、腰厚差ΔE、轨高差ΔC定义如下：设D1、C1、E1分别是某一规格钢轨的轨底宽度、轨高、腰厚，D2、C2、E2分别是另一规格钢轨的轨底宽度、轨高、腰厚，ΔD＝|D1-D2|，ΔC＝|C1-C2|，ΔE＝|E1-E2|，对在上述参数范围内的不同规格的钢轨应用了同一BD区轧制工艺，从而削减了更换品种时准备BD区轧辊的时间，大大缩短了产品的开发周期。

进一步考虑由先导孔1到各个品种的万能粗轧孔2的过渡，对于本发明的钢轨轧制方法，优选先导孔1到万能粗轧孔2的孔型过渡满足：腹腔展宽L＝-3mm～+5mm，其中，L＝L2-L1，L1为先导孔腹腔宽度，L2为万能粗轧孔腹腔宽度；腿腰连接圆弧R1及头腰连接圆弧R2半径差ΔR≤10mm，ΔR＝|R1-R2|；对腿内侧单斜度钢轨，先导孔腿内侧斜度α与万能粗轧孔腿内侧斜度α1差为5°～8°，即α-α1＝5°～8°，对腿内侧双斜度钢轨，先导孔腿内侧斜度α与万能粗轧孔腿内侧斜度α2、α3差为3°～6°，即α-α2＝3°～6°，α3-α＝3°～6°。一般在对几个尺寸接近的钢轨品种进行孔型设计时，先依尺寸在中间的品种来设计先导孔1，再依据上述参数范围设计出各品种各自的万能粗轧孔2，一般都能满足轧制要求，从而提高了新品种开发成功率。

上述参数值变化范围的得出是依据以下结合实践的分析：

一、腿内侧斜度差值

现有所有先导孔孔型设计中，其腿内侧斜度都是单斜度。

如图5所示，若钢轨成品是单斜度，则万能粗轧孔2也设计成单斜度，先导孔1和万能粗轧孔2的斜度容易找出匹配关系。一般来说，先导孔腿内侧斜度α比万能粗轧孔腿内侧斜度α1大5°～8°就能满足孔型均匀磨损的要求，考虑到万能粗轧之后还有2～3道次的单独轧制，则根据轧制实践，先导孔腿内侧斜度α比万能粗轧孔腿内侧斜度α1大8°～12°也能满足规格尺寸的要求。

如图6所示，若钢轨成品是双斜度，则万能粗轧孔2一般也采用双斜度，应考虑万能粗轧孔2的两段斜度即靠近腿端一段的斜度α2及靠近轨腰一段的斜度α3与先导孔腿内侧斜度α的匹配关系，先导孔1的同一段直线要变成两段不同斜度的直线，必须兼顾不同斜线段的匹配性，即α2＜α＜α3。

靠近轨腰一段的斜度α3较大，在轧制中，磨损最快；而靠近腿端一段的斜度α2较小，磨损不严重，若α2＜α＜α3，便能满足孔型磨损和轧制表面质量的要求。若万能粗轧孔两斜度α2、α3相差太大，则优先考虑先导孔腿内侧斜度α与靠近轨腰一段的斜度α3的斜度匹配性。从国内外钢轨轨型看，双斜度的钢轨断面，可以只考虑靠近轨腰一段的斜度α3，根据轧制实践，α-α3＝3°～6°才能满足孔型均匀磨损的要求。

二、腹腔展宽

如前所述，腹腔展宽将影响轧件腰部加工程度、出钢平直、头底拉缩、腰部表面质量、轧件咬入等问题。要准确确定先导孔到万能粗轧孔的腹腔展宽L，主要结合上述几个方面进行考虑。

如图7所示，先导孔腹腔宽度为L1，万能粗轧孔腹腔宽度为L2，考虑出钢平直，不产生扭转，腹腔能得到良好的加工，先导孔到万能粗轧孔的腹腔展宽L＝L2-L1，L≥-3mm能满足生产要求。如果负展宽太大，则轧件在孔型中没有受到约束，头底延伸不均会导致轧件在孔型出现扭转趋势，在没有孔型控制的情况下便形成轧件的通长扭转。

考虑头底拉缩对孔型充填的影响，则应参照钢轨头底来料金属量，以及头底在万能各道次的侧向压下量和在轧边道次的垂直压下量。从轧制实践来看，先导孔到万能粗轧孔的腹腔展宽L≤+5mm能满足腰部变形对头底仅产生1mm左右头、底拉缩量的要求。

考虑轧件的咬入。轧件的咬入受咬入速度、辊道运行速度、轧辊直径、电机功率等等因素的影响。因万能孔型中立辊是被动辊，万能初轧水平辊要顺利实现轧件的咬入，主要考虑辊环在垂直方向上的切入深度，按轧制实践，切入来料单腿长腿的1/4以上便能咬入，而切入深度与腿内侧斜度有关，一般来说，先导孔到万能粗轧孔的腹腔展宽L≤+5mm可顺利咬入。

考虑轧件腿腰连接及头腰连接圆弧R1、R2过渡处折叠缺陷。从轧制实践看，先导孔到万能粗轧孔的腹腔展宽L在-10mm～+10mm，都能消除折叠缺陷。

综上，先导孔到万能粗轧孔的腹腔展宽L应在-3mm～+5mm。

三、过渡圆弧的匹配

过渡圆弧半径设计也比较关键，如果圆弧设计不合理，轧件进入孔型后会产生孔型磨损不均甚至折叠等质量问题。通常孔型设计时，前后孔型的腿腰连接圆弧R1半径差及头腰连接圆弧R2半径差均≤10mm可满足生产要求。

实施例：

某厂生产规格(底宽×轨高×腹腔宽度×腰厚，尺寸单位)分别为GB60(150×176×97×16.5，mm)、

UIC60(150×172×89.5×16.5，mm)、

136RE(152.4×185.74×106.36×17.46，mm)、

115RE(139.7×168.3×96.84×15.88，mm)、

GB75(150×192×104.4×20，mm)

的五种钢轨，采用本发明的钢轨轧制方法，即BD区轧制工艺以GB60作为标准进行设计，其余四个品种应用同于GB60钢轨BD区的轧制工艺，生产出来的各个品种规格尺寸完全符合标准的要求，腹腔充填良好，同时，腿腰连接、头腰连接处也未出现折叠缺陷。

Claims (2)

1.钢轨轧制方法，包括BD区轧制工艺和万能区轧制工艺，BD区的最后一个孔型为先导孔(1)，万能区的第一个孔型为万能粗轧孔(2)，其特征是：对43kg/m～75kg/m规格的钢轨，应用同一BD区工艺轧制不同规格钢轨的参数范围为：轨底宽差ΔD≤15mm、腰厚差ΔE≤5mm、轨高差ΔC≤25mm，轨底宽差ΔD、腰厚差ΔE、轨高差ΔC定义如下：设D1、C1、E1分别是某一规格钢轨的轨底宽度、轨高、腰厚，D2、C2、E2分别是另一规格钢轨的轨底宽度、轨高、腰厚，ΔD＝|D1-D2|，ΔC＝|C1-C2|，ΔE＝|E1-E2|。

2.如权利要求1所述的钢轨轧制方法，其特征是：先导孔(1)到万能粗轧孔(2)的孔型过渡满足：腹腔展宽L为-3mm～+5mm；腿腰连接圆弧(R1)及头腰连接圆弧(R2)半径差ΔR≤10mm；对腿内侧单斜度钢轨，先导孔腿内侧斜度(α)与万能粗轧孔腿内侧斜度(α1)差为5°～8°，对腿内侧双斜度钢轨，先导孔腿内侧斜度(α)与万能粗轧孔腿内侧斜度(α2、α3)差为3°～6°。

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