圓鋼剪切缺陷原因分析及改進措施

摘 要：工業是我國第二產業，在社會經濟發展中占據著重要的經濟地位。而鋼和鑄鐵則是工業中應用最廣泛的金屬材料。在鋼鐵具體的生產工藝中，存在著一定的缺陷。本文對造成圓鋼剪切缺陷的原因進行分析，并提出相應的改進措施。

關鍵詞：剪切；缺陷；原因；改進措施

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.09.055

小棒線是上世紀90年代末投入生產，冷床后使用冷剪將棒材切成不同長度的定尺，在用冷剪進行剪切時，圓鋼在剪切端面質量很容易出現諸多類型的剪切缺陷，而其中最重要的剪切缺陷則是圓鋼剪切裂紋。

1 小棒線生產工藝簡介

小棒線采用的坯料斷面為150 mm×150mm×9000mm 連鑄坯一火成材，或者采用130×150mm×9000mm 軋制坯二火成材工藝。小棒線生產規格為Φ13mm～Φ60mm直條棒材，定尺的長度是4～12m。主導產品軸承鋼、齒輪鋼、彈簧鋼、易切削非調質鋼、優質碳素結構鋼、合金結構鋼、錨鏈及系泊鏈鋼、高壓及油井管坯等鋼種廣泛應用于汽車、工程機械、鐵路、石油和礦山、船舶和海洋工程、軍工等領域。全線共18架短應力軋機與4架減定徑軋機，并以單線無扭連續布置，最大的軋制速度可達每秒18米；采用12.5*120m 步進式冷床；定尺剪使用450噸冷剪。

2 圓鋼剪切缺陷原因分析

小棒線出冷床后通過梳形器引導軋件順利進行孔型剪刃定尺剪切，剪切過程中出現端部剪切質量缺陷，增加了后部處理，容易產生質量隱患，使生產成本、產品形象都產生影響[1]。

2.1 端部剪切彎曲原因分析

在剪切低碳鋼時如20#鋼、20CrMo等，在端部剪切端部容易使端部產生彎曲，此彎曲鋸端部長約100～200mm，彎曲度超過4‰，超過國標要求。矯直機也無法進行矯直，只能通過后部二次鋸切進行處理，增加了后續處理成本。

2.2 端部毛刺原因分析

首先，由于剪切刀片之間存在過大的縫隙，使得鋼材在接受剪切的過程中發生了滑移，進而從縫隙中帶出了舌頭狀的毛刺。 其次，在采用平剪剪切工藝時，受到軋件彎曲的影響，使得壓扁的金屬體積沿著軋件縱向堆積在了剪刃口處，并最終造成軋件在剪切時發生分離撕裂形成毛刺。最后，在接受剪切的過程中，剪切切片的刃口不夠鋒利，使得圓鋼剪切端部出現了毛刺。

2.3 剪切裂紋原因分析

剪切裂紋是目前最常見，也是較為嚴重的圓鋼剪切缺陷。鋼材在經受高溫加工時，其性能會發生相應的變化。同時，鋼材含硫量高低與其自身的熱加工性能高低成反相關關系。也正是由于鋼材的含硫量較高，使其自身的熱加工性能降低，并造成加工過程中出現打滑現象，進而引發剪切裂紋的出現，甚至會造成軸向方向的延時開裂，進而影響到客戶的應用體驗，降低客戶的滿意度。

3 圓鋼剪切缺陷有效應對措施

3.1 端部剪切彎曲應對措施

端部剪切彎曲主要集中在低碳鋼及低合金結構鋼，主要原因是剪切溫度高，使軋件變形抗力小，剪切沖擊力造成端部向下彎曲。通過多次試驗，控制剪切溫度在150℃左右，此時鋼材端部相變結束，形成少量貝氏體組織，增加端部硬度，減少了剪切彎曲[2]。

3.2 圓鋼剪切毛刺的應對措施

首先，需要科學合理地這只上下刀片之間的間隙，將間隙數值控制在0.1～0.4mm，同時，刀片頭尾兩端的間隙差要小于或者等于0.2mm。在正式剪切前，一旦返現剪切刀片的間隙數值不符合正常數值范圍，就要及時地給予調整，可以通過在剪刃與耐磨襯板之間添加銅墊片來補償剪刃偏差，進而使得剪刃頭尾的間隙一致。其次，要保證刀刃刀口的完整性，一旦發現磨損，就要及時地更換新配件。

3.3 解決端部壓扁的應對措施

首先，剪切∮18圓以上鋼材時選用孔型剪刀，并合理把控孔型剪刀的剪孔直徑，組距縮小到5mm一組，防止過大引起端部壓扁缺陷。其次，將孔型剪刃與圓鋼的接觸面設置成曲面，并適當地增大孔型剪刃與軋件接觸面積，進而減少壓扁缺陷的出現。其次，在冷剪機前適當地增加一個重錘裝置，同時在正式剪切前將軋件的端部壓緊，并通過給軋件增加一個力矩而防止剪切頭部出現彎曲，進而增大剪刃與軋件的接觸面積減少壓扁缺陷。

3.4 解決剪切裂紋的措施

3.4.1 對剪刃進行重新設計

通過改善剪切時端部的受力狀態，可以有效地減少變形應力產生的殘余應力。同時，要將斜剪刃改成平剪刃，進而降低殘余應力。

3.4.2 科學合理地控制軋制溫度

解決圓鋼剪切裂紋的關鍵在于有效地控制軋制時的溫度。結合相關資料與生產經驗，我們得出：首先，為了有效地規避剪切裂紋，就需要合理地控制軋制溫度，要防止在830攝氏度到1050攝氏度這個溫度區間進行軋鋼時出現變形。其次，鋼坯加熱溫度至關重要，何時加熱，何時開軋都需要嚴格控制。最后，軋制速度不合理也會引起剪切裂紋，為此，要結合實際情況合理調控軋制速度，并控制好終軋溫度，進而提升軋制質量，預防剪切裂紋出現。

3.4.3 增加端部加熱裝置

對于彈簧鋼、高合金齒輪鋼等宜裂鋼種，當剪切溫度偏低低于300℃時，在收集臺架上對成捆后的圓鋼端部進行加熱，在保溫一定時間，然后緩慢冷卻。加熱方法是沿長度方向100mm進行加熱，加熱到500～600℃再緩慢冷卻以達到去應力退火的目的，去應力退火過程中不發生組織的轉變，目的是為了消除冷沖壓件的殘余應力，進而消除端部裂紋缺陷。

4 結束語

隨著技術的發展生產直條小棒材時可以采用冷剪加砂輪鋸相結合的方式進行在線剪切、鋸切，能以最優、最高效、最低成本的對∮60以下規格棒材進行處理，提高端部質量，減少生產成本。結合相關資料，對圓鋼剪切缺陷原因進行分析，并給出相應的改進措施。

參考文獻：

[1]李學保，周小兵，潘澤林.圓鋼剪切缺陷原因分析及改進措施[J].南方金屬，2017（01）：51-55.

[2]易敏，陳明躍，崔京玉等.圓鋼剪切斷面裂紋研究[J].首鋼科技，2007（04）：30-33.

作者簡介：鄭曉寧（1983-），男，河北石家莊人，本科，工學學士，工程師，主要從事的工作為技術質量管理。