大规格螺纹钢弯曲性能改善与应用

沈小二,徐玉强,马加波

（新疆昆玉钢铁有限公司轧钢厂,新疆 奎屯 833200）

1 前言

新疆昆玉钢铁有限公司棒材车间（简称“昆玉棒材”）是一条2013年7月建成投产的棒材生产线，该生产线年设计产量100万吨，设计最高轧制速度为18m/s，产品规格为Φ12mm～Φ36mm，主要品种为细晶粒螺纹钢和锚杆钢等。

近年来，随着新疆重点工程项目的增多，市场对大规格螺纹钢的需求也在逐渐增加。弯曲性能作为钢材工艺性能的一项重要指标，一直以来都是质量检验的必查项目。根据市场反馈，目前φ22mm～φ36mm的大规格螺纹钢比较容易出现冷弯裂纹，造成大规格螺纹钢销售困难。弯曲性能不合格，可能受合金成分、生产工艺、孔型设计、轧辊加工以及弯曲方法等众多因素影响。通常情况下，钢铁企业会选择增加合金成分，提高工艺温度的方式来改善钢材的弯曲性能，但这样会大幅增加生产成本，不利于企业的降本增效战略。因此，如何在保证生产成本不升高的前提下改善弯曲性能，适应市场需求，是目前昆玉棒材工艺研究的一项重要课题。

2 现状分析及研究思路

目前，新疆市场上大多数弯曲加工的弯芯直径都比较固定，一般为40～50mm，然而国标要求HRB400Eφ6mm～φ25mm螺纹钢的弯芯直径为4d（d为钢筋的公称直径），HRB400Eφ28～φ40mm螺纹钢的弯芯直径为5d（d为钢筋的公称直径），因此，当直径为φ22mm～φ36mm的大规格螺纹钢采用50mm的弯芯进行弯曲加工时，由于弯曲部位受力面积较小，应力过于集中，就极易产生冷弯裂纹。此外，由于昆玉钢铁轧钢厂采用控轧控冷工艺进行生产，使得钢材能够在合金成分较低的条件下获得较高的力学性能，但同时也会对钢材的弯曲性能造成不良影响。

虽然通过增加合金成分，提高控轧控冷温度，可以改善冷弯性能，但不利于车间成本控制。因此，必须通过优化孔型设计、改进横肋加工方式的方法来降低横肋根部的应力集中现象，提高钢材的弯曲性能。

3 技术方案研究与实施

3.1 优化孔型设计

通过对大规格螺纹钢产生的冷弯裂纹进行分析，发现冷弯裂纹普遍发生在横肋根部并沿着横肋方向裂开，根部是钢筋的肋与基圆交界处，轧件脱槽时在此处容易产生内应力集中。再加上弯曲加工时，横肋根部在肋的垂直方向上受到了较大的拉应力作用，当内应力与外应力相互叠加产生的合力大于其抗拉强度时，钢材就会产生裂纹或断裂。根据塑性变形原理，当横肋与轴线夹角β发生改变时，横肋根部受到的拉应力方向也会发生改变。随着钢筋横肋与轴线夹角β的逐渐减小，弯曲加工时横肋在垂直方向上受到的拉应力也会越来越小。因此，可以通过优化孔型设计，适当的减小横肋与轴线夹角β，降低横肋在垂直方向上的受力情况，来改善钢材的弯曲性能。

3.2 改进横肋加工

横肋根部在受到外力作用时，容易产生应力集中现象，造成横肋沿根部发生断裂。为了减小横肋根部的应力集中现象，可以通过增大横肋底宽、增加横肋与基圆交界处接触面积的方法来实现。但由于现有的螺纹铣程序无法实现横肋与钢筋表面弧形加工，因此只能采取两道工序对横肋进行倒角加工。首先将轧辊轧槽利用正常的螺纹铣刀加工完横肋后，再更换倒角铣刀头，在横肋根部位置铣削出一定深度，以达到增大横肋底宽、增加横肋底宽与基圆的接触面积的目的，从而减少了螺纹钢在弯曲过程中横肋根部的受力情况，改善了钢材的弯曲性能。

3.3 试轧方案制定与实施

为了便于操作，首先针对HRB400Eφ32螺纹钢进行优化设计与试轧，试轧完成后再推广至其它规格。具体试轧方案如下：

（1）根据φ32螺纹钢的生产情况，并兼顾横肋充满度，适当减小其横肋与轴线夹角β。

（2）根据横肋的原有尺寸，设计φ32的倒角铣刀刀头的顶角角度为130°，铣削深度为1mm。

（3）加工出试验孔型，在现有生产工艺的条件下进行试轧试验。

（4）采用市场上常用的50mm直径的弯芯进行弯曲试验，并根据试验结果对横肋与轴线夹角β和倒角铣刀的顶交角度及铣削深度进行优化。

（5）试验合格后做好分析及总结，设定最终的孔型加工方案。（6）借鉴φ32螺纹钢的优化方案，推广至其它规格进行优化设计与试轧。

通过反复试验，并根据最终试轧结果显示，当横肋与轴线夹角β减小至50°时，既能充分满足各个规格的横肋充满度，又能有效减小横肋在垂直方向上受到的拉应力作用；当倒角铣刀刀头的顶角角度为135°，铣削深度为0.5mm时，所加工的横肋倒角能够有效缓解横肋根部的应力集中现象。实现了改善弯曲性能，降低合金成本，适应市场需求的目标。

4 结论

采用控轧控冷工艺技术，通过优化孔型系统、改进横肋加工方式，能够有效改善钢材横肋根部的受力情况，提高钢材的弯曲性能。既适应了市场上钢筋弯曲加工环境，又避免了通过增加合金成分、提高控冷温度的方式来改善钢材的弯曲性能。由此可减少合金元素的投入，对企业降低生产成本，提高市场竞争力，具有重大的现实意义。项目实施以后，昆玉棒材相较于疆内其他钢铁企业，吨钢可降低合金成本约20元，进一步巩固了我公司工艺技术处于国内领先的地位，对钢铁行业节约资源，降低消耗起到了积极的带动作用。