大規格U600 mm系列鋼板樁的開發及應用

代永生，韓小強

（河北津西鋼板樁型鋼科技有限公司，河北 唐山 064300）

熱軋U型鋼板樁主要用于圍堰、防洪、開挖隧道、基坑支護等大型重點工程。目前，國內將熱軋U型鋼板樁作為永久性使用材料的需求較小，多數作為重復性打樁材料。這種使用特征與普通鋼材具有明顯的差異，也決定了熱軋U型鋼板樁的市場需求特征。

2000—2001年馬鋼首次生產了HP400系列鋼板樁，并將其應用于嫩江大橋圍堰工程；2011年、2012年紫竹、武鋼成功試軋鋼板樁；2013年8月，津西熱軋鋼板樁歷時1.5年的室外打樁試驗獲得成功，并且批量投入市場，大幅度降低了國內鋼板樁的進口量[1]。

津西鋼板樁型鋼科技有限公司于2017年1月成立。公司成立以來，共計承擔設計、研發項目8項，獲得國家專利14項，擁有軟件注冊權2項。鋼板樁產品設計項目在2017年被列為河北省重點項目，同時被列為全省“戰略性新興產業”的鋼鐵類項目。公司主要產品除了400 mm系列鋼板樁以外，還包括600 mm以上系列的熱軋U型鋼板樁、700 mm以上系列的熱軋Z型鋼板樁、1 100 mm大規格H型鋼，本文以開發600 mm系列熱軋U型鋼板樁為例闡述開發過程，并將其穩定投入市場使用。

1 開發工藝流程和坯料準備

1.1 工藝流程

開發工藝流程為：轉爐→LF精煉爐→板坯連鑄機→鋼板樁加熱爐→粗軋BD1→粗軋BDU→精軋7架串列軋機→熱鋸、冷床→矯直、檢驗→冷鋸、分流→打包發貨。

轉爐入爐鐵水滿足雙“30”的目標，即鐵水的w（Si）=0.3%±0.05%，鐵水的w（S）≤0.03%；轉爐冶煉過程化好渣，確保鋼水終點w（P）≤0.03%，出鋼過程中杜絕下渣；鋼包進入LF精煉爐鋼水溫度≥1 560℃，合理加入精煉渣和白灰用量，保證精煉終渣堿度在2.2~2.6之間；采用硅系脫氧劑，使終點氧活度≤15×10-6；出站后喂線處理，軟吹時間≥10 min；連鑄采用全保護澆鑄工藝，防止二次氧化，結晶器采用自動液面控制系統，液面波動控制在±3 mm，二冷采用氣霧冷卻系統增加冷卻效果，采用比水量0.6 L/kg的自動配方，鑄坯斷面準備700~840 mm寬、180 mm厚的坯料，檢驗合格后備用。

1.2 坯料材質設計

大規格鋼板樁材質執行《JIS A5528—2012熱軋鋼板樁》標準，鋼種SY390采用鈮微合金處理，成分設計要求如表1所示。

表1 SY390鋼種成分設計要求 %

將產品的厚度用h表示[2]，其設計依據參考以下公式（假定合金元素的疊加作用呈線性關系）：

屈服強度σs=9.8×｛12.4+28w（C）+8.4w（Mn）+5.6 w（Si）+5.5w（Cr）+4.5w（Ni）+8.0w（Cu）+55w（P）+[3.0-0.2（h-5）]｝。

抗拉強度σb=9.8×｛23.0+70w（C）+8.0w（Mn）+9.2 w（Si）+7.4w（Cr）+3.4w（Ni）+5.7w（Cu）+46w（P）+[2.1-0.14（h-5）]｝。

2 開坯BD1試軋與調整

1）開坯坯料采用700 mm×180 mm斷面BD1試軋第一支，使用科赫提供7道圖表，第1道立軋因壓下量大翹頭嚴重，擼頭2次后翹頭未減輕，倒出軋機后回加熱爐。調整使用科赫提供的9道次圖表后，BD1順利完成。

2）測得中間產品單側鎖扣未成型，金屬塑性成型存在嚴重的不均勻現象，根據金屬流動的最小阻力定律，得出其受到材質成分和組織、坯料溫度、軋件表面摩擦力、孔型設計等因素影響[3]。根據現場試軋的實際情況，考慮孔型因素影響較大，因此對BD1孔型設計進行優化，優化前后孔型對比如圖1、圖2所示，優化后再次試軋。

圖1 優化前BD1孔型（mm）

圖2 優化后BD1孔型（mm）

3 全線試軋過鋼及調整

3.1 粗軋試軋

采用840mm×180mm規格開坯坯料軋制600mm×226 mm規格U型鋼板樁，開軋溫度1 180℃，最高軋制力為第8道1100kN，最大電流為第6道3500A。在測量尺寸上，腹板、側壁、傳動側鎖扣高度符合要求，操作側鎖扣未成型，金屬量不足，鎖扣壓平。通過調整，將四道槽位對中整體向操作側移動5 mm，第3道立軋放到445 mm，軋制第2支后，操作側鎖扣情況好轉，但未達到標準，如圖3所示。

圖3 初步調整中間產品

測量BD1邊環輥縫兩側相差3.5 mm，換新標定墊塊重新標定后，測量邊環輥縫兩側相差1 mm。測量數據后，操作側鎖扣壓平有好轉，但不符合標準，繼續將BD1的四道槽位對中調整4 mm，BD1軋制正常。BDU第一道翹頭，抽頭3次后才能正常軋制，軋制后尺寸有所改善，檢查軋輥BDU二孔上輥操作側未充滿，對BD1軋制圖表進行調整，如圖4所示。鎖扣高度改善后進入精軋過程，為保證精軋開軋溫度，對兩架開坯進行提速處理。

圖4 粗軋BD1軋制圖表

3.2 精軋試軋

精軋開軋溫度為1050℃、F6電流大持續在4000 A，尺寸為寬630 mm、高257.2/258 mm、腹板20.1 mm、側壁11.6/11.7 mm、尾樣負差為+6.3%，操作側整支鎖扣未成型。精軋4架傳動側上輥粘鐵嚴重，6架傳動側上輕微粘鐵，粘鐵處理時對輥縫進行調整，BD1四道槽位對中繼續向操作側調整8 mm，BDU一道放0.5 mm，三道壓0.5 mm，精軋6架放0.3 mm，5架壓0.3 mm，全線通軋后產品尺寸滿足要求，如圖5所示。

圖5 終端600 mm×226 mm規格鋼板樁

4 產品性能與應用

4.1 產品性能

終端產品性能執行《JIS A 5528—2012熱軋鋼板樁》標準中要求，如表2所示。其中試樣執行《JIS Z 2241—2011金屬材料拉伸試驗方法》標準要求。

表2 《JIS A 5528—2012熱軋鋼板樁》標準中性能要求

津西鋼板樁科技有限公司600 mm系列熱軋U型鋼板樁開發成功后批量生產，SY390材質600 mm×226 mm規格鋼板樁產品性能如下頁表3所示[4]。

表3 實際生產中鋼板樁產品性能

4.2 鋼板樁的應用

津西鋼板樁自2013年投放市場以來，現可生產抗擊-30℃的Z型鋼板樁、加寬加長U型鋼板樁、強耐腐蝕性鋼板樁等高端精品，還可生產代表世界先進水平的最大規格達到900 mm的U型鋼板樁、850 mm的Z型鋼板樁產品，部分產品可填補國內外空白。同時，津西鋼板樁型鋼科技有限公司與德國科赫公司合資成立歐洲國際鋼板樁和綠色基礎工程公司，致力于打造以綠色鋼鐵產品鋼板樁、組合樁等樁基產品為核心的一站式基礎工程解決方案，提升國內鋼板樁市場的技術應用和標準，在市政、水利、鐵路、港口碼頭、民用建筑、人防、污水治理、圍堰建橋、防洪護堤等領域帶給廣大海內外用戶新的體驗，在國際樁基和綠色基礎工程領域具備研發、生產、設計、施工的全產業鏈優勢。目前，津西鋼板樁成功應用于國內多項重點工程，如廣州虎門二橋（見圖6）、南水北調河北段（見圖7）等[5]，并出口日本、新加坡、越南等十幾個國家和地區，受到廣大用戶的一致好評。

圖6 廣州虎門二橋

圖7 南水北調河北段

5 結論

1）根據津西的生產工藝流程，設計生產出以鈮微合金的材質坯料，其生產成本合理、產品性能穩定、完全滿足標準的要求。

2）針對粗軋和全線試軋時存在的問題，對開坯孔型和軋制圖表進行優化，對槽位對中和輥縫進行調整，最終U600 mm系列熱軋鋼板樁開發成功，并且批量投入市場。

3）津西鋼板樁成功應用于國內多項重點工程：京杭運河棗莊段二級航道整治工程、廣州虎門二橋、南水北調河北段、深中通道、廣州石井河環境治理、太湖隧道、廣州南沙靈山新聯二碼頭、廣東東莞望牛墩富安村朱坪沙水閘、泰國曼谷PASK河道治理等，并出口日本、新加坡、越南等十幾個國家和地區，受到廣大用戶的一致好評。