摘  要：由于受设备能力、轧辊强度、王字钢断面特点等因素制约，在Φ500mm轧机上生产王字钢有相当难度，但通过合理的孔型设计，实现了用轧制法生产王字钢。主要介绍了其孔型设计特点及生产情况。

关键词：复杂断面；王字钢；孔型设计

1  前言

    中梁钢属于高等级路桥伸缩缝专用型钢系列(包括中梁、E型、F型及C型钢等专用型钢)中单重最大的(成品达33kg／m)一种异型材。该产品一直采用挤压法生产，直至2000年8月，四川某型钢厂采用热轧法成功生产。该厂轧机为Φ500mm× 3横列式中型轧机，由于该型钢断面形似王字，形状特殊，因而轧制该产品受设备能力、轧辊强度、产品断面特点等诸多因素制约，但通过采用科学而合理的孔型设计后，该厂在国内首次实现了中梁钢的轧制法生产。

    鉴于中梁钢断面形似王字，为便于论文描述以及和异型钢中的工字钢、U字钢等专门型钢称谓接轨，以下统称中梁钢为王字钢。

2    王字钢的断面特点与轧制难度

    热轧王字钢成品断面如图1所示。

    从图1可看出：该产品断面上、下对称，但左右不对称，形似倒“王”字形，靠近头部有一对尖而高“附锥”，其两侧斜度仅为11．9％，轧制变形时始终处于闭口型槽中，该特点决定了其为难轧的不对称异型材产品；该产品的理论单重为36．6kg／m，按重量分类应属大型材，因此要在Φ500mm中型轧机上轧制这种型材产品，难度较大。

3    孔型设计概述

3．1断面划分法

    根据热轧王字钢产品断面特点，为简化设计，合理分配和控制变形，参考与其断面形状相似的钢轨断面划分方法进行断面的划分，如图2所示。

3．2   孔型设计概况

    坯料断面为200mm×200mm，总轧制道次为13道，3个机架道次分配为8—4—1，其中前6个孔型为箱形共轭延伸孔，第7～第9孔为切深孔，第10～第13孔为成形孔。切深前坯料尺寸为106mm×156mm近似矩形坯，平均延伸系数μ_p=1．18，成形孔配置形式为与钢轨孔型设计相似的斜配法，头、腿部成形为开闭口交替变形方式。

    切深孔型如图3所示。

4    孔型设计特点

4．1切深孔设计特点与不均匀变形的处理

    第7孔选为开口式，有利于减少用辊直径，节约辊面，特别是在切深孔大压下量设计时有利于增大最小工作辊径。第8、第9孔为斜配开闭口交替式孔型。

    第7、第8、第9孔采用大变形量，主要是利用高温下金属变形抗力较小的特点及车间较强的主电机能力(2000kW)，最大程度地消化不均匀变形及负荷，为成形孔变形的均匀性及设备的安全性提供保证。

    切深孔设计的最大特点是各切深孔切深楔子较钝(如图3所示)，所切出的头、腿部分厚度小，以最大程度地减轻成形孔头、腿部侧压，这既保证了较薄弱的锥部轧辊凸台的安全，更保证了成形孔每孔总变形量与总负荷的减小，以适应小机轧大材的设计、生产特点。

4．2成形孔设计特点

    第10～第13孔为成形孔，孔型结构同第8、第9孔：头、腿部斜配、开闭口交替轧制，有利于腿部增长、加工和轧辊修复。

    成形孔设计的特点：成形道次少；头、腿、腰各部分延伸系数差值大(第10孔腰部比头部延伸系数大0．60以上)，其主要原因是轧件厚(成品腰厚达16mm，头、腿部平均厚度超过15mm)、腰部所占面积比例小(成品F_腰／F_总≈22％)，从而可用同轧制轻轨类似的变形系数分配(μ_y≥μ_d≥μ_t)原则，也不会造成腰部对头、腿部高度较大的拉缩量。这种设计方法对减小头、腿部变形负荷尤其是因之而产生的附加负荷很有利。当然，为保证成品尺寸和轧制稳定，最后两孔即第12、第13孔各部分延伸系数差值应很小，分别不超过0．10和0．05。

4．3附锥成形设计特点与局部整合变形系数设计分配法

    附锥结构及参数示意图如图4所示。

    如前所述，王字钢热轧生产必须解决的另一个难题，是轧制中一直处于闭口孔型中的高而尖的附锥的准确成形。对此，采取了比较独特的设计方法：一是附锥单体不按延伸系数设计，附锥头部γ和附锥外侧高度h_外参照窗钢死腿设计办法，有利于插入和减小拉缩，而根部尺寸c和附锥斜度tgα则根据自创的“开一合”阶段设计法取值：变形温度较高、金属流动性较好的切深阶段，顺轧制方向逐道次增加，至第9孔轧件附锥张开为“高而胖体形”(h_外=5→22mrn，c=12→22m)；而随着轧制的继续进行和温度的逐渐下降，h_外缓慢“衰减”(h_外=22→21．25mm)，c值逐渐收小(c=12→6．5mm)，附锥逐渐合拢为“瘦高个”；“开”阶段储备必要的金属，“合”阶段则释放出以补偿附锥闭口孔槽轧制条件下的拉缩金属量。二是根据对金属变形特点的分析，参照轻轨设计法，把王字钢视作“特殊钢轨”：附锥部和头部整合为“花头”，分配和计算变形时，头部、附锥部按其整合面积分配和计算延伸系数，称之为“局部整合变形系数设计分配法”，这就与其他型钢在设计方法上的“接轨”，这种设计的“接轨”有利于分配和控制变形，保证难成形的附锥部分的准确成形而又不致于打乱腰、

头、腿的合理变形关系。

5    王字钢试轧及生产情况简介

    采用上述设计的孔型，2000年8月在四川某型钢厂Φ500mm×3横列式轧机上一次试轧成功热轧王字钢。迄今为止已生产销售6000余吨，由于批量生产条件下轧制法比挤压法生产的成本低，因此该产品为该厂赢取了比轧制普通中型材好得多的经济效益。

6    结语

    (1)孔型设计实践中，对工槽钢、钢轨等凸缘类异型材成型孔断面各部分延伸系数分配的传统理论进行了大胆突破，为类似产品变形系数的灵活设计做出了有益的探索。

    (2)附锥成形的“开一合”阶段设计法及“局部整合变形系数设计分配法”，对异型材闭口成形的“死腿”、“凸台”类孔型设计应有一定参考意义。

    (3)本厂及一些兄弟单位的实践证明：中型轧机也能轧制部分适宜的大型材产品，这对市场经济下中型轧机产品的偏大化和多样化发展具有积极的现实意义。