中空鋼

中空鋼是製作釺杆的素材，釺杆是鑿巖設備的主要消耗工具之一，主要應用於礦山採掘和修建鐵路、公路、水渠、水壩、國防戰備工程的建設中。

中空鋼的斷面形狀有圓形、正六角形、方八角形等近10種。

按鋼種可分為碳素中空鋼和合金中空鋼兩大類。

按用途可分為深孔鑿巖連接釺杆用中空鋼、淺孔鑿巖釺杆用中空鋼和特種用途釺杆用中空鋼三類。

生產中空鋼的方法有鑄管法、鑽孔法、穿孔-拔製法、穿孔-熱軋法、塗料法和熱擠壓法等。

中空鋼的斷面形狀有六角形、方八角形、圓形、正方形、菱形等。國內外使用最多的是H19、H22、H25、H32、H35 六角形和R19、R25、R32、R38、R46、R52 等圓形中空鋼。釺具是鑿巖爆破中必不可少的工具,而釺杆是釺具的重要組成部分,中空鋼主要用於生產鑿巖釺杆。我國現代化的開發建設以及礦產資源的開發等都需要釺具工具,釺具產品在國民經濟建設中佔有不容忽視的重要作用。然而,目前國內釺杆生產廠家仍然採用傳統的橫列式軋機兩火成材工藝來生產中空鋼,其生產流程要經過開坯和中間坯修磨環節,並且大多數採用鑄管法生產,因而工藝路線長、能耗高、成材率低,質量不穩定,不能滿足用户不斷提高的要求。我公司以前也是採用橫列式軋機用鑄管法兩火成材生產中空鋼。

2006 年調整了生產工藝方案,利用連鑄方坯鑽孔在半連軋機組上一火成材生產中空鋼獲得了成功,並形成了大批量生產的能力。該工藝實現了國內連軋機組軋製中空鋼的突破,使成材率大幅提高,生產成本降低,為中空鋼的生產開闢了新途徑。實現升級,與國際接軌 ^[1]  。

1.車間工藝平面佈置

我公司半連軋機組車間建於1988 年,1998 年經過技術改造後,設計年產能力15 萬t ,實際生產能力已達到20 萬t/ 年,主要生產圓鋼。軋機佈置採用半連續式:粗軋機ª500 mm ×2 ,軋件穿梭軋製9 道次,連軋機組為14 架平、立交替軋機, 中軋機為ª420 mm ×2、ª380 mm ×4 ,預精軋機為ª340 mm ×4 ,精軋機為ª310 mm ×4。軋件在連軋機上連續軋製4～14 道次出成品。車間工藝平面佈置見圖1。

2.主要設備性能

（1）加熱爐

半連軋車間有1 台推鋼式連續加熱爐,爐子有效長度27 896 mm ,有效寬度3 016 mm。燃料為自產煤氣。

（2）軋機

軋機的主要性能參數見表1。

（3）冷牀

冷牀為步進式齒條冷牀,牀面有效尺寸為8 m×60 m。

（4）冷剪

剪切設備為250t 冷剪機,配有定尺擋板,定尺可調長度4～12 m。

（5）兩台鏈收集機,可對定尺與短料進行分類 ^[2]  。

根據中空鋼的產品特點和鋼種特性及車間的設備情況,制定專門的中空鋼生產工藝方案如下(以H22 ,ZK95CrMo 為例) :

1.坯料

（1）坯料採用連鑄坯,採取全精煉+ 真空全保護澆鑄工藝。確保連鑄坯的內部質量、表面質量及外形尺寸,並對坯料進行低倍檢驗。

（2）鑽孔:根據軋製規格的不同,選用不同的坯料規格進行鑽孔。芯孔尺寸根據軋製規格的大小而定,其芯孔偏心要求(壁厚差) ≤1 mm。

（3）對連鑄坯進行逐支檢查,對錶面缺陷進行修磨、扒皮,合格後才轉入下工序鑽孔。

2.加熱工藝

根據不同的鋼種,採取嚴格的不同的加熱制度,以防止成品脱碳、過熱、過燒。以ZK95CrMo 為例:

（1）爐氣温度控制:均熱段:1 180 ℃～1 210 ℃,加熱段:1 200 ℃～1 230 ℃,爐尾温度:700 ℃～750 ℃。

（2）鋼坯加熱温度:1 160 ℃～1 180 ℃。

（3）爐氣控制:爐內微正壓,要防止強的氧化氣氛。

3.軋製工藝

以軋H22 ,ZK95CrMo 為例,擬定軋製工藝如下:

（1）粗軋。在ª500 mm ×2 軋機上採用專用的中空鋼延伸孔型系統,在ª500 機組軋9 道次,軋出中間方坯進入連軋機組軋製不同規格的中空鋼。

（2）連軋機組。採用平- 立交替的孔型系統,所有規格都在立式軋機出成品。連軋採用專用的中空鋼孔型配輥,根據軋製不同的品種規格而配備相應的軋製道次,其中H22 中空鋼採用14 架連軋出成品。

（3）連軋控制。中軋機組採用微張力控制,張力系數應小於1 %。精軋機組採用8 台活套控制,根據軋製鋼種及規格的不同,採取不同的套高調節,活套高度控制在100～300 mm 範圍內,同時,還採取不同的套寬控制活套內的料型弧度,實現穩定的無張力軋製。

4.冷卻制度

半連軋車間根據現有的工藝及設備條件,採用空冷方式冷卻。中空鋼軋後快冷易造成硬度超標及內部組織不均勻,所以,鋼材在冷牀上要每個面冷卻均勻。這樣不僅達到硬度均勻,而且不易產生彎曲,避免矯直而造成內部組織損傷,影響釺杆的使用壽命。同時對冷牀區域進行封閉,減少空氣對流,合理控制軋製節奏,使冷卻區域氣氛保持在一定的範圍,保證均勻性。並能夠根據軋製不同的鋼種,採用不同的冷卻工藝制度而達到不同的硬度要求。軋製硬度控制範圍為HRC30～44。

5.剪切

根據軋製規格所需的定、倍尺要求進行定尺長度剪切,剪後收集的中空鋼材,理直,堆放平整,避免彎曲。

6.矯直

對部分彎曲需要矯直的中空鋼,圓形的中空鋼採用11 輥矯直機或七斜輥矯直機進行矯直,六角形的中空鋼根據不同的規格採用不同的六角形專用矯直輥矯直。

按上述工藝,用連鑄鑽孔坯生產H22 的中空鋼取得了較好的成功,現對軋製過程的工藝要點作如下分析:

1.由於初期階段採用的是傳統的軋製中空鋼的孔型系統,在連軋機上軋出來的產品出現許多缺陷,如芯孔出現不方不圓且有尖角、頭中尾外形尺寸波動較大、芯孔偏心、壁厚偏差大等。

2.採用專用的中空鋼孔型系統軋製後,其外形尺寸精度合格率(按山特維克標準) I 組能夠達到98 %以上,II 組能夠達到100 %合格。軋製過程的穩定性也得到了大大的提高,芯孔的圓度及偏心得到有效的控制,並能夠達到可調可控狀態。

3.在試軋前對連鑄鑽孔坯進行了高、低倍檢驗,其結果表明:由於採用了正確的冶煉及連鑄工藝,連鑄坯的表面質量及內部質量得到了保證,完全適合於一火成材的要求。並且,連鑄中心最薄弱的部分通過鑽孔而去掉,從而更進一步保證了坯料的質量。

4.採用嚴格的加熱工藝制度,確保鋼坯的加熱均勻性,同時控制加熱時間及爐內氣氛,避免脱碳、過燒等加熱缺陷。

5.由於中空鋼是雙金屬軋製,內外金屬變形不一樣,對工藝孔型系統要求較嚴格,所以在粗軋機及連軋機上都採用不同的專用孔型,每道次按工藝要求料型調整,各道次軋製均勻變形,保證芯孔圓度及偏心度。通過中空鋼的專用孔型,可以方便、靈活的實現調整芯孔橢圓度要求,從實際檢測數據來看,芯孔橢圓度(按山特維克標準) I 組精度可以達到合格率84 % ,II 組精度可以達到合格率98 %。偏心度I 組精度合格率76 % ,II 組精度合格率92 %。

6.中軋機組採用微張軋製,避免堆鋼造成不均勻性變形。精軋機組採用活套控制,實現穩定的無張無扭軋製,精軋機的張力會直接影響到軋件的寬度和厚度。通過制定合理的套高設定及套寬設定,調出合理的套形,保證成品的外形尺寸。根據實測數據得到:外形尺寸I 組精度合格率98 % , II 組精度合格率100 %。

7.在連軋條件下,軋製線的對中及嚴格安裝進出口導衞對正常軋製及軋出合格的產品十分重要。軋製線的對中及導衞安裝正與否,都直接影響軋件的不均勻變形,導致偏心。我車間具有軋製線定位點並對導衞安裝採取了嚴格的措施,使連軋機基本上實現了中空鋼連軋的正常生產。

8.在試驗期間偶爾也出現脱碳超標的情況。主要原因是試軋調試時間較長。當正常生產後,其脱碳層深度都符合標準要求,脱碳層控制在0. 15mm以內。同時通過控制加熱時間及加熱温度,保證晶粒度在7～8 級。

9.由於中空鋼鋼種的特性,有的鋼種對温度敏感性較強,通過控制軋製温度及軋製節奏來控制冷卻速度,並在冷牀四周採取防護措施,使得中空鋼在外界温度變化較大時也能正常生產。

經過快一年的生產實踐及技術完善,我公司在半連軋機組上實現了中空鋼的連續軋製,生產了H19～H35 mm 的六角中空鋼及R19～R52 mm 的圓形中空鋼等全部中空鋼產品,取得了顯著的成效。

1.利用連鑄鑽孔坯實現了一火成材軋製中空鋼,減少了鑄錠坯的冒口缺陷,與二火成材相比,其成材率可提高5～8 個百分點。

2.由於減少了中間開坯及修磨環節,降低了軋製成本費用,噸鋼軋製成本至少節約140 元。

3.半連軋生產穩定,日產水平超過500 t ,相當於橫列式軋機的3～5 倍。另外,橫列式軋機需要大量的直接人力投入,工人勞動強度大,而半連軋機組是自動化控制,調整正常後工人的勞動強度大大降低,設備運行穩定。

4.半連軋生產的外形尺寸、偏心度及芯孔橢圓度都較穩定,其表面質量、定尺率等都明顯優於橫列式軋機的產品。

5.鑽孔坯因平直度不能完全滿足要求及鑽孔偏心的存在,導致有少部分的中空鋼軋後存在一定的偏心 ^[3]  。