马钢H型钢生产工艺介绍

马钢小H型钢生产工艺介绍

马鞍山钢铁股份有限公司第三钢轧总厂

二零一一年二月

前言

1、产品大纲及设计指标

2、产品质量标准、技术条件和检验方法

3、原料种类、标准和技术条件

4、生产工艺流程及特点

5、主要生产设备及其技术性能

6、生产工艺制度

7、H型钢的常见缺陷

8、H型钢的应用

主要内容

前言

H型钢的概念：

腹板（常称为腰）与两翼缘（常称为腿）相垂直，翼缘内、外两侧边相互平行，腿端平直，棱角分明，故也被称为“平行腿工字钢”。因其翼缘较宽，又称为“平行宽翼缘工字钢”。H型钢有热轧和焊接两大类，因其断面形似英文字母“H”，故称为H型钢。

H型钢规格的表示方法：高度H，宽度B，腰厚t1,腿厚t2，如400*200*8*13表示高度H直为400mm，宽度B值为200mm，腹板厚度t1为8mm，翼缘厚度t2为13mm。前言

在欧美，1900年初开发了无斜度大尺寸轨底的H型钢。

1926年在美国已经用万能轧机生产出H型钢，并广泛用于摩天大楼、桥梁及地铁等建筑工程。

1961年日本引进万能轧机后，H型钢占据了日本型钢轧制的主要地位。

我国在1998年前，H型钢还是空白，之后马钢、莱钢、日照、津西等钢厂相继上H型钢项目，各轨梁厂也将原来的两辊轧机改造成万能轧机，具备了生产H型钢的条件。

前言

热轧H型钢是一种新型经济建筑用钢，具有截面模数大，抗弯能力强，单位重量轻，外形美观、构造方便、节约工时、降低造价，可加工再生等优点，已经被广泛地应用在工业与民用建筑钢结构中。

与工字钢相比，相同重量下增加承重15～30％，方便工程安装；

与焊接Ｈ型钢相比，减少焊接过程中的人工、能源及材料消耗，避免产品因焊接而产生的缺陷。

热轧H型钢

工字钢

焊接H型钢

前言

为满足市场品种、规格配套的需求，马钢在2005年新建中/小H型钢生产线，产品范围H400mm/B200mm以下。该生产线的关键工艺技术和轧线主要设备均从意大利DANIELI公司引进, 轧线采用“5+10”全连续轧制方式, 电气传动自动控制系统及计算机1级、2级控制系统从GE公司引进, 步进式加热炉由北京凤凰工业炉公司提供, 其他辅助设备由马钢重

机、二机制公司等配套制造。

1.产品大纲及设计指标

1.1 产品大纲：

马钢小H型钢的设计年生产能力50万吨，其中H型钢42万吨，其它型钢（工字钢、槽钢）8万吨。产品的规格：H型钢GB/T 11263，JIS G 3192，ASTM A6/A6M,BS4等各国H型钢标准中H400以下与B200以下规格；工字钢GB/T 706中20a~40c；槽钢GB/T 706中25a~40c。

1.2 设计的主要指标

2.产品质量标准、技术条件和检验方法

3.原料种类、标准和技术条件

3.1 原料尺寸

小H型钢生产线所用的原料是由第三钢轧总厂连铸工序的第二条异形坯连铸机生产线提供的合格钢坯。连铸坯有三种类型：430X300X90(异型坯BB3)，320X220X85（异型坯BB4），150X150（方坯）。

3.2 原料公差和技术条件

异型坯技术要求参见马钢企标：《连铸H异型坯》Q/MGB 324。

连铸方坯技术要求参见：《连续铸钢方坯和矩形坯》，Q/MGB 323 。

3.3 钢种

H型钢代表的钢种为：

A)碳素结构钢；

B)低合金结构钢；

C)船体用结构钢；

D)耐候钢；

其代表钢种的化学成份见下表

3.原料种类、标准和技术条件

4. 生产工艺流程及特点

主要工艺特点：

A 近终型异形坯轧制H型钢。

采用近终型异形坯轧制H 型钢具有以下4个主要优点:

一是开坯道次明显减少, 生产节奏加快;

二是由于轧制时间缩短, 所以轧件温降小, 一般可使轧件温降减少100 ℃;

三是能使轧制力降低30 % , 轧制能耗减少20 %;

四是能提高综合成材率。

4. 生产工艺流程及特点

B 全连续轧制

整个轧制线由15 架无牌坊轧机组成, 其中粗轧机组5 架、中精轧机组10 架, 布置在5.5m 高的平台上, 采用全连续轧制工艺, 快速更换机架系统, 主传动全部采用交流变频调速数字控制系统。

万能轧机轧辊辊身长度短, 轧辊挠度小, 可获得良好的产品尺寸公差。精轧机架间采用微张力控制, 而且轧机具有较大的生产能力。

设置了计算机3 级自动控制系统, 用来完成物料跟踪、工艺参数和轧辊参数设定及生产计划管理，等工作, 生产效率和自动化水平高, 操作控制简捷, 是我国第1条具有世界先进水平的中小型H型钢全连续轧制生产线。

4. 生产工艺流程及特点

C 步进式冷床水冷

经15 架粗、中、精轧机组全连续轧制后,轧件终轧温度较高, 经异型飞剪切头尾及倍尺后进入步进式冷床冷却。冷床设有强制水雾喷淋冷却系统, 根据需要对轧件进行水雾喷淋强化冷却, 下冷床温度低于80 ℃。为提高轧件冷却质量和矫直质量, 轧件在冷床上采用长尺冷却方式, 最大长度为78m。

D 在线尺寸测量

为了提高所轧H 型钢产品的外形尺寸精度,降低轧废, 在精轧机出口侧、飞剪之前设置了在线尺寸测量仪, 对轧件进行在线测量。

4. 生产工艺流程及特点

小H型钢生产线工艺流程

4. 生产工艺流程及特点

马钢小H型钢生产工艺流程框图：

4. 生产工艺流程及特点

5.1 加热炉区

烧嘴类型及供热能力

5 主要生产设备及其技术性能介绍

5.2 粗轧区

粗轧区主要设备有除鳞机（用高压水去除坯料的氧化铁皮）、夹送辊（辅助咬入）及

5 主要生产设备及其技术性能介绍

粗轧机机架是两辊无牌坊机架，由一个机架（包含：轧辊/轴承座/压下机构/轴承座框架）和支撑机架的组合框架组成。轧制力经由封闭的压下丝杆作用到主要轴承。共有5个机架，其中有3个水平机架(DOM)，2个立式机架(DVM)。

轧辊上布有几个孔型（全部相同或者有不同）。轧机机架经液压驱动器进行横向移动来调整轧制中心线所要求的孔型。水平形式孔型经由液压缸来定位，垂直形式孔型经由压下千斤顶的液压马达操作来改变。如果孔型磨损或尺寸改变，机架能很快的调整到另一个孔型。在机架的入口和出口处均装有支撑导卫的导卫横粱。为了与正在使用的孔型相一致，导卫可以在导卫横粱进行调整（手动），或直接安装与孔型相匹配的几个导卫。

辊缝靠每个机架整体部分的液压马达来调整。压下机构是闭环定位控制系统；每个机架的整体部分一个完全的编码器产生位置反馈。上下轴承座是同步调整，因为压下丝杆同

时传送到一个左边螺丝和一个右边螺丝，因此轧制线总是固定不变的。轴向调整是靠在操作侧的蜗轮传动装置来进行的（完全手动调整），下辊的轴向是固定的，上辊可以轴向调整使上辊孔型适合下辊孔型。

在每个机架内安装有轧辊冷却水管，用直接的冷却水来冷却轧辊。冷却水管是靠手动对准孔型。上轴承座的平衡系统是弹簧系统进行机械平衡，是为了消除螺纹和/或压下齿轮间任何可能的反冲（间隙），以消除弹跳。

5 主要生产设备及其技术性能介绍

5 主要生产设备及其技术性能介绍

5 主要生产设备及其技术性能介绍

5.3 中、精轧区

中精轧区的主要设备有火焰切割机（切除轧件头部的不均匀变形区）、夹送辊（辅助咬入）、10架中精轧机、激光自动在线测量仪及飞剪。

其中第6架轧机与第1、3、4架的类型完全相同；第7~15架的类型完全相同，即可以当做万能轧机又可以当做两辊轧机。

5 主要生产设备及其技术性能介绍5 主要生产设备及其技术性能介绍5 主要生产设备及其技术性能介绍

5 主要生产设备及其技术性能介绍

5 主要生产设备及其技术性能介绍

5.4 精整区

精整区的主要设备有冷床、矫直机、锯机（含定尺机）、检查台架、堆垛台架、打捆发货台架等。

6.1 加热工艺制度

碳素结构钢（如：Q235）和低合金高强度结构钢（如：Q345），根据钢坯断面尺寸变化，规定不同的加热工艺；其它钢种的加热工艺，按具体的操作指南或压下规程执行。

6.工艺制度

6.2 高压水除鳞制度

6.2.1根据不同规格的坯料，选择对应的除鳞环。

6.2.2除鳞机前的热金属监测器检测到钢坯时，除鳞机开始喷水除鳞。

6.2.3除鳞时，水压不小于20Mpa，钢坯运行速度不大于为1.0m/s。

6.2.4必须保证足够的水压，确保水管和喷嘴的畅通，若连续三根钢坯的氧化铁皮除不净，操作人员应及时向调度室报告。

6.工艺制度

6.3 粗轧机工艺制度

6.3.1 温度制度：粗轧机轧制碳素钢、低合金钢（特殊钢种另外规定），其轧制温度规定如下：

开轧温度：1100℃～1200℃，截面积小的规格取下限，截面积大的规格取上限。

终轧温度：非控温轧制产品，粗轧机的终轧温度大于950℃。需要进行控制轧制产品，按照工艺操作指南执行。

6.3.2 出炉后的钢坯不能进行轧制时，横移至收集台架上。

6.3.3 正常轧制时，夹送辊可进行辅助咬入。

6.3.4 速度制度：

咬入速度≤0.5m/s。

粗轧机组出口速度≤2.0m/s。

6.工艺制度

6.4 中、精轧机工艺制度

6.4.1 温度制度

中、精轧机轧制碳素钢、低合金，其轧制温度规定如下：

开轧温度：≥950℃。

终轧温度：≥800℃。

需要进行控制轧制和有特殊要求的，执行相应的工艺操作指南。

6.4.2 若轧件不能继续轧制时，横移至收集台架上，下一根轧件继续轧制。

6.4.3 按设定工艺要求，夹送辊可进行辅助咬入。

6.4.4 按设定工艺要求，用火焰切割切除轧件前端舌头。

6.4.5 速度制度

咬入速度≤1.0m/s。

精轧机出口速度≤5.0m/s。

6.工艺制度

6.5 矫直工艺制度

6.5.1 矫直温度应低于80℃。

6.5.2 矫直辊上线自动零位完成后，必须进行人工压下零位和轴向零位校核，校核无误后方可进行分配压下量进行试矫。

6.5.3 生产过程中，应根据钢材规格、钢种、钢温的变化，适当调整矫直压力,矫直时采用小压力矫直方案，减少轧件的残余应力。

6.5.4 主动辊（下辊）外径差≤1.0mm

6.5.5 型钢和H型钢均允许回矫，但是在辊矫上回矫不得超过两次，以防止加工硬化，在回矫的过程中，应考虑轧件的加工硬化，降低压力值，防止轧件矫后的根部裂纹。

6.5.6 轧件H值高度≤100mm，可双排矫直。

6.工艺制度

6.6 检查工艺制度

6.6.1 根据产品标准与检验规程，对产品端面尺寸（H、B、t1、t2、S）进行测量判定，并根据测量情况通知操作台进行分流。

6.6.2 正常轧制时，每个批号记录一支H型钢的高度、宽度、腹板厚度、翼缘厚度、中心偏差等参数。

6.6.3 换辊、换规格、换牌号、接班时，当班第一个批号必须记录2支定尺（间隔10支以上）的成品高度、宽度、腹板厚度、翼缘厚度、中心偏差等参数；如果尺寸不稳定，必须增加测量次数，直至尺寸稳定。

6.6.4 生产线长时间工艺调整时，调整的批号必须至少记录2支定尺（间隔10支以上）的成品高度、宽度、腹板厚度、翼缘厚度、中心偏差等参数；如果尺寸不稳定，必须增加测量次数，直至尺寸稳定。

6.6.5 若发现某一参数尺寸波动超出标准规定的公差范围，则对该参数连续测量，直至稳定，并将信息及时反馈厂调。

6.6.6 根据产品标准与检验规程，逐支目视检查轧件的表面质量、平直度等，有缺陷的轧件须做出标记，并根据轧件状态进行分流。

6.6.7 根据规格与产品缺陷情况进行废状态的判定。

6.工艺制度

6.7 孔型设计

6.7.1 基本原则：

1）选择合理的孔型系统

2) 合理分配各道次的延伸系数

3）轧件在孔型中的状态应稳定或力求稳定

4）尽可能采用共用性好的孔型

5）尽量用形状简单的孔型

6）要便于调整并尽可能提高机时产量

7）操作要方便，劳动条件好，安全可靠

6.工艺制度

6.7.2孔型设计的步骤

1）根据产品的形状、尺寸确定其允许偏差，了解用户对产品的要求；

2）掌握已有坯料的断面形状和尺寸，或按产品要求重新确定坯料尺寸；

3）了解轧机性能及辅助设备条件，如：轧机布置、机架数目、轧辊直径与辊身长度、轧制速度、电机能力、加热炉、移钢翻钢设备、辊道、切割设备等等；

4）根据设备条件与产品要求选择孔型系统、确定轧制道次；

5）根据轧制道次、坯料与产品尺寸，分配各道次的延伸系数和断面积；

6）根据断面积和变形关系制定断面形状和尺寸，绘出孔型图；

7）将孔型按一定的规则配置在轧辊上，绘出配辊图；

8）校核。咬入条件、电机能力、轧辊强度、孔型充满度，稳定性等；

9）根据孔型图和配辊图设计导卫等辅件。

6.工艺制度

6.7.3 H型钢的孔型设计

6.7.4 万能法轧制槽钢的孔型设计

小H型钢轧制槽钢的孔型系统：粗轧孔、控制孔、万能孔。粗轧孔又分为平轧孔（H1、H3、H4、H6）和立轧孔（V2、V5）。根据槽钢的外形尺寸和孔型设计原则，坯料在进入中轧孔之前应基本接近于槽形，而异型坯料形状为上下以及左右均对称的“H”形异型坯，其上腿（在平轧孔中称为“假腿”）在槽钢生产时是多余的，“假腿”在经过轧制后逐渐趋于平滑并最终“消失”。平轧H1孔设计成开口孔型，H3和H4孔为闭口孔型，H6实际上也可称为控制孔，平轧孔负责腰部减薄和腿部加工，尤其是异型坯上腿的变形是关键；立轧孔为立式箱形孔，其中V2布置在H1之后，V5布置在H4之后，立轧孔负责腰部的压缩，由于H4孔轧完后“假腿”已经在15mm以下，因此V5的压下量不宜大（10mm以下，最好是空过），同时立轧孔轧完后的轧件外宽不能大于下一道次的平轧孔孔型外宽。

6.工艺制度

平轧孔的孔型构成要素及设计原则为：

1）腰内宽。根据坯料和成品的腰内宽值确定H6孔的内宽，各孔型之间应取一定的展宽量，H6孔的内宽比成品内宽小10~40mm，H4孔的内宽比H3孔的内宽大10~30mm，H1孔的内宽比坯料的内宽大10~35mm。

2）内侧壁斜度。根据异型坯料和槽钢成品内侧壁斜度尺寸，平轧孔的内侧壁斜度设计为为23%~48%，从H1到H6逐渐减小。

3）外侧壁斜度。平轧孔的外侧壁斜度为4%~8%。

4）“假腿”。从H1孔到H4孔“假腿”的压缩量为20~40mm，为了使“假腿”金属易于流动，其内侧斜度从35°到75°依次增大。

5）孔型外宽。为了使轧件易于咬入，孔型外宽要比来料（前一孔的外宽）大5~15mm。6）腰厚度。腰厚度根据轧机的能力和咬入条件确定。按照控制孔平均延伸系数1.02~1.10，万能孔平均延伸系数1.10~1.30的原则，逆轧制方向确定H6孔腰部厚度，其余粗轧机架孔型腰部压下量一般为10~35mm。

6.工艺制度

6.工艺制度

控制孔（K9、K12、K14）和万能孔（U7、U8、U10、U11、U13、U15），其中U15为成品孔。控制孔的组成要素：腰宽、腰内宽、圆角、腰厚、腿长、腿厚、腿内斜度、腿外斜度；万能孔的组成要素：腰宽、腰内宽、圆角、腰厚、腿厚、腿内斜度、假腿。万能孔由四个轧

辊组合而成，左右两个立辊和上下水平辊，见图2，调整立辊和水平辊的压下可以分别实现腿厚和腰厚的动态调整和控制。在万能孔轧制时，由于采用四辊万能法轧制，在槽钢的肩部R角位置设计为开口，为保证槽钢肩部形状以及抵消腿部金属对腰部金属的拉缩作用，在此位置设计有“假腿”，控制孔的作用就是消除“假腿”和控制腿的长度，为保证形变的均匀性，轧制过程中设计有3个控制孔。

6.工艺制度

形变主要由万能机架完成，考虑到万能轧机可以实现腿部和腰部尺寸的在线动态调整，万能法槽钢设计时，将槽钢设计简化为三块板设计（两块腿板和中间的一块腰板），设计时保证腿部金属和腰部金属的形变比率。控制孔主要用来控制腿部形状和尺寸，设计时单独进行计算。

1）腰厚值的确定。根据来料的腰厚值和成品的腰厚值计算出道次平均压下率，按照控制孔平均延伸系数1.02~1.10，万能孔平均延伸系数1.10~1.30的原则，确定各机架的设计腰厚值。在分配的同时要计算轧制力的大小，以免超出轧机的最大负荷。

2）腿厚值的确定。与腰厚值的确定方法相同，各孔型腰腿的面积比要与成品腰腿的面积比接近，利用万能轧机在线可动态调整立辊压下、控制道次腿厚值的特点，设计时万能机架腿部形变率应略大于腰部形变率，一般取0.5-3%，成品机架取下限。为使控制孔充满合理，控制孔的腿厚值应比前一架万能孔的腿厚值略大，一般取0.5~2.5mm。

3）腰部内宽值的确定。首先计算成品孔腰部内宽值，计算公式为：U15成品孔腰部内宽值=产品标准腰部内宽值×（1+0.0000125×终轧温度）。其余机架的展宽量可根据来料内宽值和成品内宽值尺寸进行适当的分配，一般应取一定的展宽量，按单机架展宽2~7mm的原则，逆轧制方向，确定其余各机架的腰部内宽值，接近成品机架展宽值取下限。当展宽量不足时，万能机架也可不进行展宽，但为保证腿部合适的尺寸和形状，控制孔应安排一定的展宽量。4）“假腿”尺寸的确定。除了万能成品机架不设计有“假腿”外，其余各万能机架均设计有“假腿”，从前一控制孔到后一控制孔之间有1~2个万能机架，“假腿”的高度一般为2~8mm，宽度为20-50mm。

5）腿部内斜度的确定。按产品标准要求，万能机架成品孔的腿内斜度设计为10%，其余各万能孔的内斜度按2-8%依次逆轧制方向递增，控制孔的内斜度等于前一万能孔的内斜度与本道次控制孔的外侧壁斜度之和。

6）圆角的确定。按产品标准要求设计万能机架成品孔圆角，其余各万能孔的圆角按R2-5mm 依次逆轧制方向递增，控制孔的圆角与前一万能孔的圆角相等。

7.H型钢的常见缺陷

H型钢生产的主要缺陷，按工艺流程可以分为钢质缺陷、轧制缺陷和精整缺陷三大类。7.1 H型钢常见的钢质缺陷

(1)夹杂：是指在H型钢的断面上有肉眼可见的分层，在分层内夹有呈灰色或白色的杂质，经低倍或高倍检验，这些杂质通常为耐火材料、保护渣等。?造成夹杂的原因是在出钢过程中有渣混入钢液，或在铸锭过程中有耐火材料、保护渣混入钢液。夹杂会破坏H型钢的外观完整性，降低钢材的刚度和强度，使得钢材在使用中开裂或断裂，这是一种不允许有的钢材缺陷。

(2)结疤：结疤是一种存在于钢材表面的鳞片状缺陷。结疤有与钢材本体连在一起的，也有不连为一体的。造成结疤的主要原因是浇铸过程中钢水喷溅，一般是沸腾钢多于镇静钢。局部、个别的结疤可以通过火焰清除挽救，但面积过大、过深的结疤对钢材性能影响较大，一般只好判废。为防止带有结疤的钢坯进入轧机，通常采用火焰清理机清理钢坯表面，或采用高压水将已烧成氧化铁皮的结疤冲掉。在成品钢材上的结疤需要用砂轮或扁铲清除。

(3)分层：分层是在H型钢断面上的一种呈线纹状的缺陷。通常它是因炼钢浇铸工艺控制不