高強右旋錨桿鋼軋制工藝的開發與應用

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與應用

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螺紋在同一螺旋線上的外形特點和性能要求,結合廠內設備布局和生產工藝實際情況，通過成品孔型和成分設計，改進生產工藝，調整優化控制系統等技術措施，成功開發生產了高強右旋錨桿鋼。

右旋錨桿鋼筋；孔型設計；控制系統優化

1 前言

右旋錨桿鋼筋外形采用螺旋肋、單向右旋，鋼筋兩側螺紋在同一螺旋線上，鋼筋螺距與連接錨固螺母內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、井下安全作業及煤礦行業的建設與生產具有重要作用。針對國內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）決定開發高強度高延伸性的右旋錨桿鋼。

2 設備布局和工藝特點

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力軋機全平布置，中、精軋機組間和軋后設置控冷設備，120m×10m步進式冷床。

3 工藝開發與生產應用

3.1 開發難點

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，但會導致成品延伸性能差，標準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備。2）軋制工藝開發的難點在于生產出來的鋼筋需要直接套上螺帽，這就要求其尺寸除滿足標準要求的偏差外，其兩側螺紋精確在同一螺旋線上（如圖1所示）。因此，在成品孔型設計時，其槽寬、擴張角、基圓半徑要設計合理，成品孔橫肋間距和夾角設計、加工要精確。

表1 MG600鋼筋的力學性能

圖1 右旋錨桿鋼結構

除上述難點外，結合小型廠工藝設備情況還存在以下難點：1）連軋生產線的中、精軋機組無立輥軋制，需要扭轉軋制；軋件秒流量平衡無法精確控制，會出現成品頭尾差；鋼材頭部、尾部基本都有耳子，影響產品成材率。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值一致，所以橫肋間距設計值要充分考慮到前滑、冷縮等因素的影響。3）軋機、減速機質量能保證上、下軋輥轉速同步，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螺紋在生產時進行試驗驗證，以縮短工藝開發周期，提高試軋成功率。試驗后針對上述問題一一制定相對應的解決方案。

3.2 開發設計

根據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計思路：成品的內徑高和自由膨脹面寬度滿足標準要求，在自由膨脹面寬度盡量靠近標準下限的前提下，保證橫肋的充滿度；準確測定一定條件下K1的前滑和冷縮影響，設計時進行相應的數據補償，將鋼筋冷卻后橫肋間距偏差控制在0.2mm以內；根據前滑值、軋件出口速度、橫肋間距以及調整形式，確定不同規格的K1軋輥直徑和橫肋加工數量，保證橫肋對齊的效果和精度；調整橫肋軸線夾角，在橫肋對齊的情況下能直接與同規格的螺母配合良好；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整參數的關系，通過經驗數據補償實現準確對肋，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創造條件。

3.2.1 成分性能

僅靠調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。由于該產品對鋼的強度要求較高，需添加合金化元素。結合釩、氮微合金化工藝生產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鋼筋化學成分見表2。

表2 MG600鋼筋化學成分（質量分數）%

成分設計后進行試軋，屈服強度、延伸性能滿足標準要求，但對控軋和緩冷要求較高。為此，對穿水冷卻系統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值為Φ70mm。

3.2.2 孔型設計

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

在成品孔型設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切線連結擴張角法，切線法成品孔具有中心張角小，軋件真圓度高，軋制時金屬超出標準圓的部位較少等優點。增大了側壓作用，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°對應圓周上直徑超出公差范圍的現象。根據終軋溫度約1000℃的情況，熱膨脹系數選擇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結果取整，擴張部分以切線連結。過渡圓弧半徑也比常規棒材取值要大，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耳子，但不利于軋件咬入的穩定性，根據成品內徑確定凹面深度，一般取0.6～1.2mm。

3.2.3 設備工藝改造

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

3.3 試軋生產

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，根據橫肋螺旋線錯開距離調整連接軸，再對齊。經過第2、3次軋制小樣和調整連接軸之后，基本對正橫肋螺旋線。根據試軋結果優化成品橫肋間距參數、成品導輥配合尺寸等，結合軋制過程強控冷調整，產品的屈服強度達到標準要求。經過創新緩冷處理技術，其延伸性能也達到了標準要求。

4 結 語

目前濟鋼小型廠已成功開發出高強度右旋錨桿鋼Φ16mm、Φ18mm、Φ20mm、Φ22mm等規格產品，且已形成批量生產能力，取得了較好的經濟效益，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年畢業于南方冶金學院金屬材料工程專業。現為山東鋼鐵集團日照有限公司科技質量中心工程師，主要從事軋鋼技術與管理工作。