大規格螺紋鋼彎曲性能改善與應用

沈小二,徐玉強,馬加波

（新疆昆玉鋼鐵有限公司軋鋼廠,新疆 奎屯 833200）

1 前言

新疆昆玉鋼鐵有限公司棒材車間（簡稱“昆玉棒材”）是一條2013年7月建成投產的棒材生產線，該生產線年設計產量100萬噸，設計最高軋制速度為18m/s，產品規格為Φ12mm～Φ36mm，主要品種為細晶粒螺紋鋼和錨桿鋼等。

近年來，隨著新疆重點工程項目的增多，市場對大規格螺紋鋼的需求也在逐漸增加。彎曲性能作為鋼材工藝性能的一項重要指標，一直以來都是質量檢驗的必查項目。根據市場反饋，目前φ22mm～φ36mm的大規格螺紋鋼比較容易出現冷彎裂紋，造成大規格螺紋鋼銷售困難。彎曲性能不合格，可能受合金成分、生產工藝、孔型設計、軋輥加工以及彎曲方法等眾多因素影響。通常情況下，鋼鐵企業會選擇增加合金成分，提高工藝溫度的方式來改善鋼材的彎曲性能，但這樣會大幅增加生產成本，不利于企業的降本增效戰略。因此，如何在保證生產成本不升高的前提下改善彎曲性能，適應市場需求，是目前昆玉棒材工藝研究的一項重要課題。

2 現狀分析及研究思路

目前，新疆市場上大多數彎曲加工的彎芯直徑都比較固定，一般為40～50mm，然而國標要求HRB400Eφ6mm～φ25mm螺紋鋼的彎芯直徑為4d（d為鋼筋的公稱直徑），HRB400Eφ28～φ40mm螺紋鋼的彎芯直徑為5d（d為鋼筋的公稱直徑），因此，當直徑為φ22mm～φ36mm的大規格螺紋鋼采用50mm的彎芯進行彎曲加工時，由于彎曲部位受力面積較小，應力過于集中，就極易產生冷彎裂紋。此外，由于昆玉鋼鐵軋鋼廠采用控軋控冷工藝進行生產，使得鋼材能夠在合金成分較低的條件下獲得較高的力學性能，但同時也會對鋼材的彎曲性能造成不良影響。

雖然通過增加合金成分，提高控軋控冷溫度，可以改善冷彎性能，但不利于車間成本控制。因此，必須通過優化孔型設計、改進橫肋加工方式的方法來降低橫肋根部的應力集中現象，提高鋼材的彎曲性能。

3 技術方案研究與實施

3.1 優化孔型設計

通過對大規格螺紋鋼產生的冷彎裂紋進行分析，發現冷彎裂紋普遍發生在橫肋根部并沿著橫肋方向裂開，根部是鋼筋的肋與基圓交界處，軋件脫槽時在此處容易產生內應力集中。再加上彎曲加工時，橫肋根部在肋的垂直方向上受到了較大的拉應力作用，當內應力與外應力相互疊加產生的合力大于其抗拉強度時，鋼材就會產生裂紋或斷裂。根據塑性變形原理，當橫肋與軸線夾角β發生改變時，橫肋根部受到的拉應力方向也會發生改變。隨著鋼筋橫肋與軸線夾角β的逐漸減小，彎曲加工時橫肋在垂直方向上受到的拉應力也會越來越小。因此，可以通過優化孔型設計，適當的減小橫肋與軸線夾角β，降低橫肋在垂直方向上的受力情況，來改善鋼材的彎曲性能。

3.2 改進橫肋加工

橫肋根部在受到外力作用時，容易產生應力集中現象，造成橫肋沿根部發生斷裂。為了減小橫肋根部的應力集中現象，可以通過增大橫肋底寬、增加橫肋與基圓交界處接觸面積的方法來實現。但由于現有的螺紋銑程序無法實現橫肋與鋼筋表面弧形加工，因此只能采取兩道工序對橫肋進行倒角加工。首先將軋輥軋槽利用正常的螺紋銑刀加工完橫肋后，再更換倒角銑刀頭，在橫肋根部位置銑削出一定深度，以達到增大橫肋底寬、增加橫肋底寬與基圓的接觸面積的目的，從而減少了螺紋鋼在彎曲過程中橫肋根部的受力情況，改善了鋼材的彎曲性能。

3.3 試軋方案制定與實施

為了便于操作，首先針對HRB400Eφ32螺紋鋼進行優化設計與試軋，試軋完成后再推廣至其它規格。具體試軋方案如下：

（1）根據φ32螺紋鋼的生產情況，并兼顧橫肋充滿度，適當減小其橫肋與軸線夾角β。

（2）根據橫肋的原有尺寸，設計φ32的倒角銑刀刀頭的頂角角度為130°，銑削深度為1mm。

（3）加工出試驗孔型，在現有生產工藝的條件下進行試軋試驗。

（4）采用市場上常用的50mm直徑的彎芯進行彎曲試驗，并根據試驗結果對橫肋與軸線夾角β和倒角銑刀的頂交角度及銑削深度進行優化。

（5）試驗合格后做好分析及總結，設定最終的孔型加工方案。（6）借鑒φ32螺紋鋼的優化方案，推廣至其它規格進行優化設計與試軋。

通過反復試驗，并根據最終試軋結果顯示，當橫肋與軸線夾角β減小至50°時，既能充分滿足各個規格的橫肋充滿度，又能有效減小橫肋在垂直方向上受到的拉應力作用；當倒角銑刀刀頭的頂角角度為135°，銑削深度為0.5mm時，所加工的橫肋倒角能夠有效緩解橫肋根部的應力集中現象。實現了改善彎曲性能，降低合金成本，適應市場需求的目標。

4 結論

采用控軋控冷工藝技術，通過優化孔型系統、改進橫肋加工方式，能夠有效改善鋼材橫肋根部的受力情況，提高鋼材的彎曲性能。既適應了市場上鋼筋彎曲加工環境，又避免了通過增加合金成分、提高控冷溫度的方式來改善鋼材的彎曲性能。由此可減少合金元素的投入，對企業降低生產成本，提高市場競爭力，具有重大的現實意義。項目實施以后，昆玉棒材相較于疆內其他鋼鐵企業，噸鋼可降低合金成本約20元，進一步鞏固了我公司工藝技術處于國內領先的地位，對鋼鐵行業節約資源，降低消耗起到了積極的帶動作用。