CN111195651B - 一种热轧u型钢板桩的轧制工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种热轧U型钢板桩轧制工艺，包括连铸坯预处理、轧制及矫直工序，轧制过程中，轧辊的孔型按照U型钢板桩锁口开口向下的形式设置；获得的U型钢板桩有效宽度偏差为±2％W1，W1为U型钢板桩的有效宽度；有效高度偏差为±4％H1，H1为U型钢板桩的有效高度；腹板厚度偏差为±1.5mm，侧弯偏差不大于3mm，翘曲偏差不大于7.5mm，端面斜度不大于4％W1；U型钢板桩的屈服强度为270～460N/mm，抗拉强度为410～720N/mm，断后伸长率不小于17％。本发明有利于提高轧辊使用寿命；提高U型钢板桩的强度、硬度、塑性及韧性；在得到符合使用要求的U型钢板桩的同时，提高了生产效率，降低了生产成本。

Description

一种热轧U型钢板桩的轧制工艺
技术领域
本发明涉及钢板桩生产技术领域，尤其涉及一种热轧U型钢板桩轧制工艺。
背景技术
U型钢板桩作为一种建筑类钢材，在国内外广泛应用于码头、隧道、挡土墙、停泊设备等工程中。U型钢板桩包括钢板桩本体1及两边的锁口2(如图1所示)，通过锁口结构相互不如在地里、水里构成连续的墙壁式结构。
U型钢板桩具有以下独特的优点：钢板桩截面宽度大，可以保证截面的力学性能得到充分的发挥；结构形式对称，便于重复使用；优良的抗腐蚀性能，高强度、轻型、隔水性良好，在施工过程中广泛使用可以减少取土量和混凝土的使用，起到保护土地资源的效果；具有良好的环保效果、耐久性强。U型钢板桩的生产过程主要包括连铸钢坯→加热炉加热→高压水除鳞→粗轧→精轧→矫直，最终获得符合要求的U型钢板桩。
目前，国内的U型钢板桩多使用唐山钢铁集团有限责任公司以及津西钢铁股份有限公司生产的钢板桩，或者通过日本进口钢板桩。申请号为CN201610121907.2的中国专利申请公开了“一种热轧U型钢板桩的成型方法”，该技术方案舍弃最后一机架K1孔，在K2孔出口处安装锁口成型装置，以提高U型钢板桩锁扣成形的精准度和成材率。申请号为201710633851.3的中国专利申请公开了“一种热轧U型钢板桩及其成型方法”，通过C、Mn、Si等元素的添加，得到更耐淡水腐蚀的同时具有优良的机械强度的U型钢板桩。申请号为200810197630.7的中国专利申请公开了“一种热轧U型钢板桩及其微合金化生产方法”，通过设计C、Mn、Si、P等元素的重量百分比，使钢板桩的综合性能及焊接性能更好，利用率更高。申请号为201910559462.X的中国专利申请公开了“一种热轧钢板桩及其生产方法”，提供了一种不添加铌钒钛合金的条件下，降低生产成本同时保证钢板桩的力学性能的钢板桩生产方法。
基于U型钢板桩特殊的结构以及出色的力学性能，在我国现代化建设过程中起到了至关重要的作用。但是现有U型钢板桩的轧制工艺中，轧辊孔型均为锁口的开口方向向上设置，在轧制过程中大量轧辊冷却水灌入锁口部位，导致锁口在轧制成型时温度偏低，从而造成个别道次的轧辊磨损严重，生产效率低。另外，由于U型钢板桩的腹板受到的冲击载荷较大，因此提高腹板的承载能力显得尤为重要。
发明内容
本发明提供了一种热轧U型钢板桩的轧制工艺，轧辊孔型采用锁口开口方向向下设置的形式，有利于保证锁口轧制温度，减小轧辊磨损，提高轧辊使用寿命；同时腹板处收集的轧辊冷却水有利于U型钢板桩的细晶强化，从而提高U型钢板桩的强度、硬度、塑性及韧性；在得到符合使用要求的U型钢板桩的同时，提高了生产效率，降低了生产成本。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种热轧U型钢板桩轧制工艺，包括连铸坯预处理、轧制及矫直工序；其中轧制工序包括粗轧及精轧过程；所述轧制过程中，轧辊的孔型按照U型钢板桩锁口开口向下的形式设置；最终获得的U型钢板桩有效宽度偏差为±2％W1，W1为U型钢板桩的有效宽度；有效高度偏差为±4％H1，H1为U型钢板桩的有效高度；腹板厚度偏差为±1.5mm，侧弯偏差不大于3mm，翘曲偏差不大于7.5mm，端面斜度不大于4％W1；U型钢板桩的屈服强度为270～ 460N/mm，抗拉强度为410～720N/mm，断后伸长率不小于17％。
所述U型钢板桩的化学成分及重量百分比如下：C 0.10％～0.30％、Si 0.15％～0.45％、 Mn 0.80％～1.70％、P≤0.150％、S≤0.030％，Ni≤0.76％、Cu≤0.65％、Nb0.01％～0.05％、 V≤0.12％、Als≤0.050％，其余为Fe及不可避免的杂质。
所述连铸坯预处理工序包括连铸坯检查、加热炉加热、高压水除鳞过程；具体如下：
1)连铸坯边长允许误差为±6.0mm，连铸坯表面不得有目视可见的重接、翻皮、结疤、夹杂，不得有深度大于3mm的裂纹，不得有深度或高度大于2mm的划痕、压痕、擦伤、气孔、皱纹、飞溅、凸块、凹坑；连铸坯横截面不得有缩孔、皮下气泡、裂纹；
2)连铸坯通过步进式加热炉加热，加热一段温度为900～1200℃、加热二段温度为1250～1320℃、均热段温度为1200～1280℃；并确保连铸坯头部、中部、尾部的温度差不大于20℃，同批连铸坯的温度差不大于30℃；出炉时连铸坯温度控制在1200～1250℃，且连铸坯头部、中部、尾部听温度差不大于20℃，同批连铸坯的温度差不大于100℃。
所述粗轧过程采用BD1粗轧+BD2粗轧的方式，钢坯开轧温度为1100～1200℃，经BD1 粗轧后的轧件腹板厚度≤100mm，BD1粗轧的出钢温度为1080～1130℃，轧制道次不少于 5道次，最大压下量不超过33mm，压下率在10％～26.6％之间调整，BD1粗轧完成后轧件的厚度误差控制5％在以下；BD2粗轧时，轧件温度控制在1080～1130℃，轧制道次不少于3道次，最大压下量不超过25mm，压下率在28.5％～31.6％之间调整，终轧温度为1050～1080℃；BD2粗轧的出钢温度为950～1050℃。
所述精轧过程采用七架连续式精轧机组进行轧制；每道次的压下率≤24.5％，最大压下量不超过5mm；精轧进钢温度≥1010℃，精轧出钢温度≤890℃。
所述矫直过程采用1400型钢矫直机进行矫直；矫直温度为20～85℃，矫直辊数量不小于7个，传动矫直辊数量不大于5个。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)由于轧辊孔型按照锁口开口向下的形式设置，轧辊冷却水不能进入锁口内，因此锁口成型温度较现有工艺高，降低了锁口的变形抗力，使轧辊的正压力减小，减小了轧辊与轧件之间的摩檫力，有利于减小轧辊磨损，提高轧辊的使用寿命；
2)在U型钢板桩轧制过程中，由于钢板桩本体的开口向上，腹板处可以收集轧制过程中用于冷却轧辊的冷却水，有利于U型钢板桩的细晶强化，能够提U型高钢板桩的强度、硬度、塑性及韧性；
3)精轧过程采用七架连轧机组对U型钢板桩进行轧制，可以提高生产效率，与常规U型钢板桩采用往复式轧机的轧制方式相比，生产效率提高了50％以上；
4)U型钢板桩在钢坯熔炼过程中添加了重量百分比为0.01％～0.05％的铌，以提高成品的强度；本发明的轧制工艺与U型钢板桩的化学成分设计相适应，最终实现在得到符合使用要求产品的基础上，提高生产效率，降低生产成本。
附图说明
图1是本发明所述U型钢板桩的断面结构示意图。
图2是本发明所述轧辊孔型示意图。
图中：1.钢板桩本体 2.锁口 3.轧辊 4.轧件
具体实施方式
本发明所述一种热轧U型钢板桩轧制工艺，包括连铸坯预处理、轧制及矫直工序；其中轧制工序包括粗轧及精轧过程；所述轧制过程中，轧辊3的孔型按照U型钢板桩锁口开口向下的形式设置(如图2所示)；最终获得的U型钢板桩有效宽度偏差为±2％W1，W1为U 型钢板桩的有效宽度；有效高度偏差为±4％H1，H1为U型钢板桩的有效高度；腹板厚度偏差为±1.5mm，侧弯偏差不大于3mm，翘曲偏差不大于7.5mm，端面斜度不大于4％W1；U型钢板桩的屈服强度为270～460N/mm，抗拉强度为410～720N/mm，断后伸长率不小于17％。
所述U型钢板桩的化学成分及重量百分比如下：C 0.10％～0.30％、Si 0.15％～0.45％、 Mn 0.80％～1.70％、P≤0.150％、S≤0.030％，Ni≤0.76％、Cu≤0.65％、Nb0.01％～0.05％、 V≤0.12％、Als≤0.050％，其余为Fe及不可避免的杂质。
所述连铸坯预处理工序包括连铸坯检查、加热炉加热、高压水除鳞过程；具体如下：
1)连铸坯边长允许误差为±6.0mm，连铸坯表面不得有目视可见的重接、翻皮、结疤、夹杂，不得有深度大于3mm的裂纹，不得有深度或高度大于2mm的划痕、压痕、擦伤、气孔、皱纹、飞溅、凸块、凹坑；连铸坯横截面不得有缩孔、皮下气泡、裂纹；
2)连铸坯通过步进式加热炉加热，加热一段温度为900～1200℃、加热二段温度为1250～1320℃、均热段温度为1200～1280℃；并确保连铸坯头部、中部、尾部的温度差不大于20℃，同批连铸坯的温度差不大于30℃；出炉时连铸坯温度控制在1200～1250℃，且连铸坯头部、中部、尾部听温度差不大于20℃，同批连铸坯的温度差不大于100℃。
所述粗轧过程采用BD1粗轧+BD2粗轧的方式，钢坯开轧温度为1100～1200℃，经BD1 粗轧后的轧件腹板厚度≤100mm，BD1粗轧的出钢温度为1080～1130℃，轧制道次不少于 5道次，最大压下量不超过33mm，压下率在10％～26.6％之间调整，BD1粗轧完成后轧件的厚度误差控制5％在以下；BD2粗轧时，轧件温度控制在1080～1130℃，轧制道次不少于3道次，最大压下量不超过25mm，压下率在28.5％～31.6％之间调整，终轧温度为1050～1080℃；BD2粗轧的出钢温度为950～1050℃。
所述精轧过程采用七架连续式精轧机组进行轧制；每道次的压下率≤24.5％，最大压下量不超过5mm；精轧进钢温度≥1010℃，精轧出钢温度≤890℃。
所述矫直过程采用1400型钢矫直机进行矫直；矫直温度为20～85℃，矫直辊数量不小于7个，传动矫直辊数量不大于5个。
以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。
【实施例1】
本实施例所要轧制的U型钢板桩的尺寸规格为：400mm(有效宽度)×170mm(有效高度) ×15.5mm(厚度)；U型钢板桩的轧制过程如下：
1)连铸钢坯的预处理；
采用常规设备生产连铸坯，获得的连铸坯不得有明显扭转，连铸坯表面不得有目视可见的重接、翻皮、结疤、夹杂，不得有深度大于3mm的裂纹，不得有深度或高度大于2mm的划痕，压痕、擦伤、气孔、皱纹、飞溅、凸块、凹坑。连铸坯横截面不得有影响使用的缩孔、皮下气泡、裂纹。
将检查合格的连铸坯放入步进式加热炉进行加热，加热一段温度为900～1000℃、加热二段温度为1250～1280℃、均热段温度为1200～1230℃。确保钢坯头部、中部、尾部温度差不大于20℃，同批连铸坯的温度差不大于30℃。出钢温度控制在1200～1220℃，且连铸坯头部、中部、尾部温度差不大于20℃，同批连铸坯的温度差不大于100℃。
出加热炉后的连铸坯采用常规设备进行高压水除鳞。
2)BD1粗轧；
采用推床将均热的连铸坯对准粗轧机的孔型，在对连铸坯进行适当矫直后立即进行粗轧，以防止温度散失过快而影响粗轧工序，并保证钢坯开轧温度为1100～1180℃；BD1粗轧采用二辊可逆式轧机对轧件进行轧制，经BD1粗轧后轧件4的腹板厚度为92mm，BD1出钢温度为1080～1110℃，轧制道次为6道次，最大压下量为22mm，压下率在11％～24％之间调整，BD1粗轧完成后轧件4的厚度误差控制5％在以下。
BD1粗轧严禁咬低温钢、黑头钢、毛头钢，避免轧制过程中发生断辊，冲掉出口导卫而影响生产，要经常查看轧件的断面形状、进出口与轧辊的间隙以及斜铁的松紧。
3)BD2粗轧；
BD2粗轧采用二辊可逆式轧机对轧件进行轧制，BD2粗轧工序要求轧件4的温度在1080～1100℃，轧制道次为4道次，最大压下量为20mm，压下率在31～33％之间调整，终轧温度为1050～1080℃；经BD2粗轧后的轧件腹板厚度为39mm，BD2粗轧的出钢温度为 950～1000℃。
BD2粗轧过程中严禁咬低温钢，避免轧制过程中发生断辊，冲掉出口导卫而影响生产。
4)精轧；
采用七架连续式精轧机组进行轧制。精轧机组轧制过程中，第一道次轧制完成后红料腹板厚度为34mm，第二道次轧制完成后红料腹板厚度为29mm，第三道次轧制完成后红料腹板厚度为24mm，第四道次轧制完成后红料腹板厚度为20mm，第五道次轧制完成后红料腹板厚度为17.5mm，第六道次轧制完成后红料腹板厚度为16mm，第七道次轧制完成后红料腹板厚度为15.5mm，每道次压下率保持在≤21％，最大压下量为5mm，精轧进钢温度≥1020℃，精轧出钢温度≤880℃。如果来料温度较高，操作人员应控制送钢速度，以降低来料温度。
经过粗轧、精轧、矫直后得到的U型钢板桩有效宽度偏差在±2％W1范围内，有效高度偏差在±4％H1范围内，腹板厚度偏差在±1.5mm内，侧弯偏差不大于3mm，翘曲偏差不大于7.5mm，端面斜度不大于4％W1；U型钢板桩的屈服强度为423.8N/mm，抗拉强度为 693.1N/mm，断后伸长率18.3％。且无明显的表面缺陷、划伤及亮点亮线。
【实施例2】
本实施例所要轧制的U型钢板桩的尺寸规格为：400mm(有效宽度)×125mm(有效高度) ×13mm(厚度)；U型钢板桩的轧制过程如下：
1)连铸钢坯的预处理；
采用常规设备生产连铸坯，获得的连铸坯不得有明显扭转，连铸坯表面不得有目视可见的重接、翻皮、结疤、夹杂，不得有深度大于3mm的裂纹，不得有深度或高度大于2mm的划痕，压痕、擦伤、气孔、皱纹、飞溅、凸块、凹坑。连铸坯横截面不得有影响使用的缩孔、皮下气泡、裂纹。
将检查合格的连铸坯放入步进式加热炉进行加热，加热一段温度为1100～1200℃、加热二段温度为1280～1310℃、均热段温度为1250～1280℃。确保钢坯头部、中部、尾部温度差不大于20℃，同批连铸坯的温度差不大于30℃。出钢温度控制在1230～1250℃，且连铸坯头部、中部、尾部温度差不大于20℃，同批连铸坯的温度差不大于100℃。
出加热炉后的连铸坯采用常规设备进行高压水除鳞。
2)BD1粗轧；
采用推床将均热的连铸坯对准粗轧机的孔型，在对连铸坯进行适当矫直后立即进行粗轧，以防止温度散失过快而影响粗轧工序，并保证钢坯开轧温度为1170～1200℃；BD1粗轧采用二辊可逆式轧机对轧件进行轧制，经BD1粗轧后轧件4的腹板厚度为90mm，BD1出钢温度为1100～1130℃，轧制道次为5道次，最大压下量为24mm，压下率在13％～22％之间调整，BD1粗轧完成后轧件4的厚度误差控制5％在以下。
BD1粗轧严禁咬低温钢、黑头钢、毛头钢，避免轧制过程中发生断辊，冲掉出口导卫而影响生产，要经常查看轧件的断面形状、进出口与轧辊的间隙以及斜铁的松紧。
3)BD2粗轧；
BD2粗轧采用二辊可逆式轧机对轧件进行轧制，BD2粗轧工序要求轧件4的温度在1100～1130℃，轧制道次为3道次，最大压下量为18mm，压下率在32～34％之间调整，终轧温度为1050～1080℃；经BD2粗轧后轧件腹板厚度为36mm，BD2粗轧的出钢温度为 1000～1050℃。
BD2粗轧过程中严禁咬低温钢，避免轧制过程中发生断辊，冲掉出口导卫而影响生产。
4)精轧；
采用七架连续式精轧机组进行轧制。精轧机组轧制过程中，第一道次轧制完成后红料腹板厚度为31mm，第二道次轧制完成后红料腹板厚度为26mm，第三道次轧制完成后红料腹板厚度为21mm，第四道次轧制完成后红料腹板厚度为17.5mm，第五道次轧制完成后红料腹板厚度为15mm，第六道次轧制完成后红料腹板厚度为13.5mm，第七道次轧制完成后红料腹板厚度为13mm，每道次压下率保持在≤22％，最大压下量为4mm，精轧进钢温度≥ 1020℃，精轧出钢温度≤880℃。如果来料温度较高，操作人员应控制送钢速度，以降低来料温度。
经过粗轧、精轧、矫直后得到的U型钢板桩有效宽度偏差在±2％W1范围内，有效高度偏差在±4％H1范围内，腹板厚度偏差在±1.5mm内，侧弯偏差不大于3mm，翘曲偏差不大于7.5mm，端面斜度不大于4％W1；U型钢板桩的屈服强度为436.7N/mm，抗拉强度为 685.2N/mm，断后伸长率17.9％。且无明显的表面缺陷、划伤及亮点亮线。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种热轧U型钢板桩轧制工艺，包括连铸坯预处理、轧制及矫直工序；其中轧制工序包括粗轧及精轧过程；其特征在于，所述轧制过程中，轧辊的孔型按照U型钢板桩锁口开口向下的形式设置；最终获得的U型钢板桩有效宽度偏差为±2％W1，W1为U型钢板桩的有效宽度；有效高度偏差为±4％H1，H1为U型钢板桩的有效高度；腹板厚度偏差为±1.5mm，侧弯偏差不大于3mm，翘曲偏差不大于7.5mm，端面斜度不大于4％W1；U型钢板桩的屈服强度为270～460N/mm，抗拉强度为410～720N/mm，断后伸长率不小于17％；
所述U型钢板桩的化学成分及重量百分比如下：C 0.10％～0.30％、Si 0.15％～0.45％、Mn 0.80％～1.70％、P≤0.150％、S≤0.030％，Ni≤0.76％、Cu≤0.65％、Nb0.01％～0.05％、V≤0.12％、Als≤0.050％，其余为Fe及不可避免的杂质；
所述连铸坯预处理工序包括连铸坯检查、加热炉加热、高压水除鳞过程；具体如下：
1)连铸坯边长允许误差为±6.0mm，连铸坯表面不得有目视可见的重接、翻皮、结疤、夹杂，不得有深度大于3mm的裂纹，不得有深度或高度大于2mm的划痕、压痕、擦伤、气孔、皱纹、飞溅、凸块、凹坑；连铸坯横截面不得有缩孔、皮下气泡、裂纹；
2)连铸坯通过步进式加热炉加热，加热一段温度为900～1200℃、加热二段温度为1250～1320℃、均热段温度为1200～1280℃；并确保连铸坯头部、中部、尾部的温度差不大于20℃，同批连铸坯的温度差不大于30℃；出炉时连铸坯温度控制在1200～1250℃，且连铸坯头部、中部、尾部听温度差不大于20℃，同批连铸坯的温度差不大于100℃；
所述粗轧过程采用BD1粗轧+BD2粗轧的方式，钢坯开轧温度为1100～1200℃，经BD1粗轧后的轧件腹板厚度≤100mm，BD1粗轧的出钢温度为1080～1130℃，轧制道次不少于5道次，最大压下量不超过33mm，压下率在10％～26.6％之间调整，BD1粗轧完成后轧件的厚度误差控制5％在以下；BD2粗轧时，轧件温度控制在1080～1130℃，轧制道次不少于3道次，最大压下量不超过25mm，压下率在28.5％～31.6％之间调整，终轧温度为1050～1080℃；BD2粗轧的出钢温度为950～1050℃；
所述精轧过程采用七架连续式精轧机组进行轧制；每道次的压下率≤24.5％，最大压下量不超过5mm；精轧进钢温度≥1010℃，精轧出钢温度≤890℃。
2.根据权利要求1所述的一种热轧U型钢板桩轧制工艺，其特征在于，所述矫直过程采用1400型钢矫直机进行矫直；矫直温度为20～85℃，矫直辊数量不小于7个，传动矫直辊数量不大于5个。
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