圆弧扩张在小规格圆钢成品孔型设计中的应用

陆 超， 郝庆华

(江苏天淮钢管有限公司, 江苏 淮安 223002)

引 言

江苏沙钢集团淮钢特钢股份有限公司(以下简称“淮钢”)二轧厂轧制生产线是1999年从意大利达涅利公司引进的，具有20世纪90年代国际先进水平；主要生产规格为:圆钢Φ12～60 mm，扁钢(46～155) mm×(7～30) mm。该生产线自投产以来，其产品结构从早期的普碳钢生产，成功过渡到优特钢的生产。2017年实现产量69万吨，其中小规格圆钢比例超过40%。

1 工艺现状及分析

该生产线投产至今，圆钢成品孔型的设计一直沿用以往外方的设计方案，Φ20 mm以上规格圆钢采用圆弧扩张，Φ20 mm以下(含Φ20 mm)规格圆钢采用切线扩张工艺。

在实际生产过程中，生产Φ20 mm以下小规格圆钢时，经常出现头尾尺寸超差及头尾耳子现象，因其调整难度大，造成的废次品量居高不下，一直困扰着二轧厂的技术及生产人员。通过对小规格圆钢生产过程的跟踪及数据分析，认为形成的主要原因是因轧件轧制时间较长，轧件头尾温差较大，加上连轧过程中轧制张力的影响，使轧件出现头尾尺寸超差及头尾部产生耳子的现象。

2 成品孔型作用及分析

轧制生产过程中圆钢成品尺寸、形状精度最终是由金属在成品孔及成品前孔处变形状态决定的。成品孔结构尺寸与圆钢成品尺寸误差密切相关，圆钢成品孔型图如图1所示。

图1 成品孔型图

在实际生产过程中，轧件在高度方向上因有孔型槽底的约束作用，尺寸变化并不大；因孔型宽度大于来料宽向尺寸，也大于孔型高度，在孔型槽口附近，金属产生较大的自由宽展。可以看出在成品孔处影响轧件尺寸、形状精度的主要因素是孔型侧壁的扩张。因此，稳定产品尺寸的关键是如何在工艺因素的变化导致来料尺寸的波动的条件下，把成品尺寸因之产生的影响降低到最小。通过讨论，认为可以通过适当改变孔型形状，将原适用于大规格圆钢工艺采用的圆弧扩张工艺使用于小规格圆钢的孔型设计上。

3 工艺改进

3.1 改进内容

通过工艺修改，孔型设计时保持修改后的孔型总宽度和总高度不变，以保证轧件生产时尺寸不超过最大正公差的要求，工艺修改前、后孔型侧壁部位变化对比如图2所示，图中右侧箭头指示为工艺修改后，即圆弧扩张工艺对应的孔型侧壁位置，而左侧箭头指示为工艺修改前，即切线扩张工艺对应的孔型侧壁位置，直线部位为轧件为正常轧制时，轧件保证尺寸所需要的部位。

由图2看出，当轧件在正常轧制范围内，即上图直线右侧部位，当使用圆弧扩张时，其孔型侧壁在高度方向上始终大于切线扩张，也就是在实际生产过程中，即使因钢温和张力等因素影响前道工序来料尺寸发生变化时，圆弧扩张孔型的容纳量始终大于切线扩张孔型，成品尺寸的变化量也就较小，因此成品尺寸也就越稳定。

图2 圆钢孔型侧壁部位对比图

3.2 改进的效果

运用上述改进方法对淮钢二轧厂小规格圆钢生产的成品圆孔进行改造，结合小批量试验和跟踪检验，并应用于生产实践。表1给出了三种典型小规格圆钢分别经过切线扩张和圆弧扩张的成品圆孔轧制后的尺寸对比分析。表1中的数据表明，成品圆孔采用圆弧扩张较切线扩张更有利于产品成型、尺寸精确，而且产品规格赿小这种优势赿明显。

表1 部分小规格圆钢成品尺寸表 /mm

4 结束语

(1)通过对成品孔型的优化设计，使小规格圆钢头尾尺寸及椭圆度超差、头尾耳子现象明显降低，减少了头尾切除损失，在不改变来料的情况下，对于降低消耗和节约成本具有重要意义。

(2)掌握孔型设计方法，为在今后小规格圆钢生产优化中能更快地达到预期的效果、为开发新品种圆钢，设计新孔型积累了经验。

(3)孔型优化措施可帮助生产一线人员、技术管理人员在实际生产中，准确判断影响头尾尺寸、椭圆度及头尾耳子产生的原因，从而达到减少废品数量，降低生产成本，提高产品质量的目的。

(4)自工艺修改以来，小规格圆钢生产越趋稳定，因成品孔型产生的废次品量逐年下降，成材率稳步提高，已从最初的96.8%提高到目前的97.3%以上，经济效益明显。