潘振華

（山東鋼鐵集團日照有限公司，山東 日照276800）

高強右旋錨桿鋼軋制工藝的開發(fā)與應(yīng)用

潘振華

（山東鋼鐵集團日照有限公司，山東 日照276800）

山東鋼鐵集團濟鋼第一小型軋鋼廠針對高強右旋錨桿鋼兩側(cè)螺紋在同一螺旋線上的外形特點和性能要求,結(jié)合廠內(nèi)設(shè)備布局和生產(chǎn)工藝實際情況，通過成品孔型和成分設(shè)計，改進生產(chǎn)工藝，調(diào)整優(yōu)化控制系統(tǒng)等技術(shù)措施，成功開發(fā)生產(chǎn)了高強右旋錨桿鋼。

右旋錨桿鋼筋；孔型設(shè)計；控制系統(tǒng)優(yōu)化

1 前言

右旋錨桿鋼筋外形采用螺旋肋、單向右旋，鋼筋兩側(cè)螺紋在同一螺旋線上，鋼筋螺距與連接錨固螺母內(nèi)螺紋能夠直接有效配合，具有連接和錨固簡便、粘著力強、安全可靠等特點，主要應(yīng)用于煤礦井下巷道支護工程，對保證巷道暢通、井下安全作業(yè)及煤礦行業(yè)的建設(shè)與生產(chǎn)具有重要作用。針對國內(nèi)右旋錨桿鋼強度級別低，安全性差，無法滿足廠家越來越高的使用要求，山鋼集團濟鋼第一小型軋鋼廠（簡稱濟鋼小型廠）決定開發(fā)高強度高延伸性的右旋錨桿鋼。

2 設(shè)備布局和工藝特點

濟鋼小型廠于2003年進行全連軋改造，采用空、煤氣雙蓄熱步進式加熱爐，使用150mm×150mm×10m方坯，粗軋機組六架閉口式軋機平、立交替布置，中、精軋機組各六架高剛度短應(yīng)力軋機全平布置，中、精軋機組間和軋后設(shè)置控冷設(shè)備，120m×10m步進式冷床。

3 工藝開發(fā)與生產(chǎn)應(yīng)用

3.1 開發(fā)難點

1）高強度右旋錨桿鋼性能要求高（如表1所示），材料成分難以滿足屈服強度和延伸性能要求，需要在軋制過程中控軋，軋后熱處理。屈服強度要求材料中碳含量高，但會導(dǎo)致成品延伸性能差，標(biāo)準(zhǔn)中對延伸性能有明確要求，需要進行軋后熱處理，但小型廠無軋后熱處理設(shè)備。2）軋制工藝開發(fā)的難點在于生產(chǎn)出來的鋼筋需要直接套上螺帽，這就要求其尺寸除滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的偏差外，其兩側(cè)螺紋精確在同一螺旋線上（如圖1所示）。因此，在成品孔型設(shè)計時，其槽寬、擴張角、基圓半徑要設(shè)計合理，成品孔橫肋間距和夾角設(shè)計、加工要精確。

表1 MG600鋼筋的力學(xué)性能

圖1 右旋錨桿鋼結(jié)構(gòu)

除上述難點外，結(jié)合小型廠工藝設(shè)備情況還存在以下難點：1）連軋生產(chǎn)線的中、精軋機組無立輥軋制，需要扭轉(zhuǎn)軋制；軋件秒流量平衡無法精確控制，會出現(xiàn)成品頭尾差；鋼材頭部、尾部基本都有耳子，影響產(chǎn)品成材率。2）對成品軋槽加工精度要求高，上、下軋輥之間的橫肋間距必須保證一致，同輥之間的橫肋間距保持一致，軋制成品的實際螺距間距與目標(biāo)值一致，所以橫肋間距設(shè)計值要充分考慮到前滑、冷縮等因素的影響。3）軋機、減速機質(zhì)量能保證上、下軋輥轉(zhuǎn)速同步，軋機不能有軸向竄動。

為了在試軋前充分解決上述問題，選擇與右旋錨桿鋼橫肋形狀布置相似的加標(biāo)螺紋在生產(chǎn)時進行試驗驗證，以縮短工藝開發(fā)周期，提高試軋成功率。試驗后針對上述問題一一制定相對應(yīng)的解決方案。

3.2 開發(fā)設(shè)計

根據(jù)高強右旋錨桿鋼使用特點和外形尺寸，確定成品孔型和成品前孔型的設(shè)計思路：成品的內(nèi)徑高和自由膨脹面寬度滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，在自由膨脹面寬度盡量靠近標(biāo)準(zhǔn)下限的前提下，保證橫肋的充滿度；準(zhǔn)確測定一定條件下K1的前滑和冷縮影響，設(shè)計時進行相應(yīng)的數(shù)據(jù)補償，將鋼筋冷卻后橫肋間距偏差控制在0.2mm以內(nèi)；根據(jù)前滑值、軋件出口速度、橫肋間距以及調(diào)整形式，確定不同規(guī)格的K1軋輥直徑和橫肋加工數(shù)量，保證橫肋對齊的效果和精度；調(diào)整橫肋軸線夾角，在橫肋對齊的情況下能直接與同規(guī)格的螺母配合良好；通過計算和選擇，確定合適的橫肋對齊計算方法，計算出橫肋相錯距離與調(diào)整參數(shù)的關(guān)系，通過經(jīng)驗數(shù)據(jù)補償實現(xiàn)準(zhǔn)確對肋，提高軋輥車削和橫肋加工精度為高強右旋錨桿鋼成功開發(fā)創(chuàng)造條件。

3.2.1 成分性能

僅靠調(diào)整合金成分無法同時滿足高屈服強度（600 MPa)和高延伸性能（18%)，決定采用控軋和軋后緩冷的工藝路線生產(chǎn)。由于該產(chǎn)品對鋼的強度要求較高，需添加合金化元素。結(jié)合釩、氮微合金化工藝生產(chǎn)普通螺紋鋼筋的實踐，如果完全利用釩與碳化物、氮化物形成的沉淀強化、細化晶粒作用來提高鋼的強度，合金成本太高。因此，決定降低微合金化元素含量，通過中、精軋機組間穿水控軋，降低軋件進入精軋機組時的溫度細化晶粒，以及在精整收集工序快速收集打包堆垛緩冷，以滿足性能要求。MG600鋼筋化學(xué)成分見表2。

表2 MG600鋼筋化學(xué)成分（質(zhì)量分數(shù)）%

成分設(shè)計后進行試軋，屈服強度、延伸性能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，但對控軋和緩冷要求較高。為此，對穿水冷卻系統(tǒng)的管路和冷卻塔進行了疏通改進，并確定中部的控冷穿水管口徑最優(yōu)值為Φ70mm。

3.2.2 孔型設(shè)計

高強右旋錨桿鋼需要設(shè)計K1成品孔和K2成品前孔，其他道次孔型可以利用相同規(guī)格的普通螺紋鋼孔型系統(tǒng)。

在成品孔型設(shè)計中綜合考慮各因素的影響,未采用其他廠家常用的雙半徑圓弧法，而是選用了精度更高的兩側(cè)切線連結(jié)擴張角法，切線法成品孔具有中心張角小，軋件真圓度高，軋制時金屬超出標(biāo)準(zhǔn)圓的部位較少等優(yōu)點。增大了側(cè)壓作用，使限制軋件寬展作用增強，更有利于控制成品寬度方向尺寸。軋件充滿孔型時，輥縫斜線直徑仍不會超出公差范圍，可以減少因孔型磨損后在中心張角30°對應(yīng)圓周上直徑超出公差范圍的現(xiàn)象。根據(jù)終軋溫度約1000℃的情況，熱膨脹系數(shù)選擇1.015，槽寬按公差要求上限控制，基圓半徑按照下限和熱膨脹系數(shù)結(jié)果取整，擴張部分以切線連結(jié)。過渡圓弧半徑也比常規(guī)棒材取值要大，取1～1.5mm。

由于高強右旋錨桿鋼是等高肋，使用時采用螺帽與橫肋咬合，橫肋需要滿足受力要求，因此，K2孔型設(shè)計時按照有利于橫肋充滿原則，采用平橢凹面孔，其次考慮K2料型必須達到一定寬度，以利于K1有足夠的壓下量。凹面主要作用是防止成品自由膨脹面出現(xiàn)耳子，但不利于軋件咬入的穩(wěn)定性，根據(jù)成品內(nèi)徑確定凹面深度，一般取0.6～1.2mm。

3.2.3 設(shè)備工藝改造

為了解決頭尾差大、肋的自由面尺寸超差或出現(xiàn)縱問題，決定改進活套器控制程序，增加活套器使用數(shù)量，在11#軋機、12#軋機之間新增1#活套器。

3.3 試軋生產(chǎn)

在試軋時，首先用銅棒在K2、K1孔型軋出小樣，利用剖開的半螺帽比對上、下軋輥橫肋螺旋角度對齊情況，根據(jù)橫肋螺旋線錯開距離調(diào)整連接軸，再對齊。經(jīng)過第2、3次軋制小樣和調(diào)整連接軸之后，基本對正橫肋螺旋線。根據(jù)試軋結(jié)果優(yōu)化成品橫肋間距參數(shù)、成品導(dǎo)輥配合尺寸等，結(jié)合軋制過程強控冷調(diào)整，產(chǎn)品的屈服強度達到標(biāo)準(zhǔn)要求。經(jīng)過創(chuàng)新緩冷處理技術(shù)，其延伸性能也達到了標(biāo)準(zhǔn)要求。

4 結(jié) 語

目前濟鋼小型廠已成功開發(fā)出高強度右旋錨桿鋼Φ16mm、Φ18mm、Φ20mm、Φ22mm等規(guī)格產(chǎn)品，且已形成批量生產(chǎn)能力，取得了較好的經(jīng)濟效益，并有較高的潛在市場價值。

Development and Application of Rolling Technology for High-strength Right-hand Reinforced Bar

PAN Zhenhua
（Shandong Iron and Steel Group Rizhao Co.,Ltd.,Rizhao 276800,China）

For the production of high-strength right-hand reinforced bar with both sides thread on the same spiral characteristics and performancerequirements in thefirst small rollingmill of Jinan Steel of Shandong Iron and Steel Group,combined with the layout of the plant and the actual production process,based on the design of the finished hole and composition,improvement of the production process,adjustment of the optimalcontrolsystemand othertechnicalmeasures,thehigh-strength right-hand reinforced barwassuccessfuldeveloped and produced.

right-hand reinforced bar;hole design;control system optimization

TG335

B

1004-4620（2017）04-0032-02

2017-04-18

潘振華，男，1981年生，2003年畢業(yè)于南方冶金學(xué)院金屬材料工程專業(yè)?，F(xiàn)為山東鋼鐵集團日照有限公司科技質(zhì)量中心工程師，主要從事軋鋼技術(shù)與管理工作。