分享：提高中型产线160 mm以上等边角钢质量的工业实践

角钢俗称角铁，是两边互相垂直成角形的长条钢材，有等边角钢和不等边角钢之分；Q355B、Q420B是角钢[1−4]比较常用的钢材，在使用中具有很高的强度、良好的抗疲劳性能；可按结构的不同需求组成各种不同的受力构件，也可作构件之间的连接件，广泛地用于各种建筑结构和工程结构，如房梁、桥梁、输电塔、起重运输机械、船舶、容器架、电缆沟支架、仓库货架等。大规格角钢是制造输电铁塔的重要材料，其质量直接影响铁塔的安全[5]。

唐钢新区长材事业部中型产线在2021年投产，全年设计产能50万t/a，其中角钢产品占总量的1/3，约15万t，160 mm以上角钢年产量在5万t左右，从工艺和效益上也是非常重要的产品类型。

由于角钢在表面质量方面和几何形状尺寸方面要求都比较高，2021年投产后160 mm以上规格角钢出现较多尺寸不合、重皮、开裂、结疤等不合格品，一检合格率偏低，普遍在95%以下，产生大量返工成本和废品损失。

1.   角钢缺陷影响分析

1.1   角钢缺陷统计

通过对2021年投产初期160 mm以上规格角钢废次降的原因进行统计分析，确定影响角钢废次降的缺陷共计8种，包括尺寸不合、顶角开裂、重皮、弯曲、尺寸不合、划痕、结疤及其它影响因素，具体的情况见表1，并对其所占比例进行汇总，其中尺寸不合、顶角开裂和重皮占缺陷总比例的78.2%，是影响角钢废次降的三个最重要缺陷。

1.2   钢坯质量影响

由于唐钢新区长材事业部在2021年投产，炼钢区域也处于新建摸索阶段，冶炼工艺与新设备磨合不够，导致连铸工序钢坯质量较差。通过调查前期生产数据，因坯料质量导致的缺陷废品率34.33%。对钢坯截面进行低倍检查（图1），发现钢坯存在角部裂纹和中间裂纹，且评级可达1.5~3.0级（表2为图1铸坯的低倍组织检验评级），主要在柱状枝晶间存在裂纹，且多集中两侧，从而判断认为中间裂纹由于铸坯通过二冷区时冷却不均、内外弧与两侧冷却强度不匹配导致；又对同批次铸坯端面进行酸洗（图2），发现铸坯端面存在气泡，而角钢在轧制过程中，角部裂纹、中间裂纹、气泡延展后易在顶角和腿部形成裂纹缺陷，这是造成角钢废次降增加的第一个原因。

1.3   压缩比影响

经过调查，中型产线前期生产时坯料主要由1~3号铸机进行浇铸，铸坯以165 mm×165 mm断面方坯为主，使用此断面的铸坯轧制160 mm以上规格角钢会造成压缩比偏大，轧制缺陷增加，这是造成角钢废次降增加的第二个原因。

1.4   氧化铁皮轧入

精轧机前除鳞机在生产过程中主要起去除二次氧化铁皮的作用，投产初期，部分设备没有第一时间投入使用，随着设备调试的进行，在后期生产中精轧机前除鳞机已完全投入使用，有效的提高了角钢表面质量，减少了因氧化铁皮轧入导致的麻坑、结疤等缺陷废品。所以，氧化铁皮轧入对产品质量有所影响，但在生产稳定后，影响比较轻微，所以氧化铁皮轧入不是造成角钢废次降增加的主要原因。

1.5   孔型问题

角钢孔型设计多数为闭合孔型，孔型对成品质量起到了非常大的作用。孔型设计错误时，容易导致钢料在轧制过程中过充满或充不满，过充满会导致折叠或拉丝等问题，充不满则导致成品截面尺寸不合，结合生产实际，这也是造成角钢缺陷的原因之一。

2.   生产措施实施

2.1   提高铸坯质量的措施

2.1.1   拉速和过热度控制

为提高Q355B、Q420B铸坯质量，需在保证连铸机对弧精度的前提下，适当降低铸坯拉速和中包过热度。经过计算，现有冷却制度下，拉速每增加0.1 m/min，连铸坯出二冷区的表面温度增加50~80 °C，165 mm×280 mm断面铸坯稳定合适的拉速从1.6~1.8 m/min降为1.2~1.4 m/min。同时，要严格控制钢水过热度在15~30 °C，避免铸坯温度回升过大或鼓肚的产生，从而减少角部裂纹和中间裂纹的产生。同时，拉速降低后，生产节奏得到稳定，保护渣的填充效果得到提高，铜板和铸坯缝隙减少，水汽不易进入板间，铸坯表面气泡得到有效缓解。

2.1.2   二冷冷却制度调整

连铸坯的二次冷却是连铸生产中的一个重要环节，极大的影响到铸坯内部的质量与连铸机生产的顺利进行[6]。根据中间裂纹出现的情况，判断铸坯通过二冷区时冷却不均，内外弧与两侧冷却强度不匹配。我公司连铸机二冷区分为足辊区、二冷1区、二冷2区、二冷3区共4个部分，二冷水量分配比分别为35%、28%、25%、12%，内外弧水量分配与两侧面相同。Q355B、Q420B钢种属于低合金结构钢，使用的二冷水比水量是0.9 L/kg，连铸矫直温度在900~950 °C，矫直温度偏低，应适当提高，所以将二冷水比水量降至0.75 L/kg，活动段两侧的喷嘴型号适当更改，降低两侧的喷水量，提高铸坯矫直温度，防止铸坯受矫直力作用而产生裂纹。

2.2   铸坯规格优化

为降低压缩比造成的轧制缺陷，在铸坯匹配方面，我公司加快4号矩形坯连铸机的投产，在4号连铸机投入使用后，165 mm×225 mm、165 mm×280 mm等断面规格坯料逐渐投入使用。目前，角钢生产使用坯料已按照规格进行区分，从而降低了角钢轧制过程的压缩比，合适的压缩比提高了角钢的产品质量。表3为角钢各轧制规格对应铸坯规格情况。

2.3   优化轧制孔型

在轧制方面，通过优化孔型、优化轧制工艺和调节压缩比，有效的提高成品质量。按照实验设计进行轧制生产，多次调整确认最终孔型，跟踪160~200 mm角钢试轧生产情况，并通过试轧结果进行粗轧孔型优化，粗轧K1道没有形状变化，孔型不进行优化，粗轧K2、K3、K4道有形状变化，孔型进行优化。图3为优化前K2、K3、K4道粗轧孔型图。

在不影响成品顶角尺寸的前提下轻微增加粗轧孔型的顶角压下量，其中160 mm角钢孔型号中轧K6、K7、K8、K9道压下率由之前的10.9%、41.7%、25.0%、24.4%分别调整为34.5%、34.1%、32.8%、27.2%，180 mm角钢孔型号中轧K6、K7、K8道压下率由之前的24.4%、37.4%、16.7%分别调整为28.4%、39.4%、20.6%。图4为优化后K2、K3、K4道粗轧孔型图。

3.   改善效果

通过采取以上一系列的工艺优化，产品质量得到明显改善，从低倍检测结果看（图5），角部裂纹和中间裂纹提升到0.5~1.0级（表4为图5铸坯的低倍组织检验评级），铸坯表面进行酸洗后（图6），未在铸坯表面发现气泡。在角钢质量方面，从2022年06月—12月，160 mm以上角钢一检合格率达到99.50%以上。

4.   结束语

（1）连铸方面，选择合适的铸机拉速、钢水过热度，优化二冷冷却制度，可以有效的改善铸坯内部质量，角部裂纹和中间裂纹的低倍组织评级从1.5~3.0级提高到0.5级，从而降低角钢的缺陷比例。

（2）轧钢方面，通过优化孔型，优化轧制工艺，调节压缩比，可以有效减少角钢缺陷，提高角钢一检合格率。

参考文献

[1]卢俊,王倩,杨忠民,等. 铌微合金化热轧带肋钢筋表面裂纹研究. 钢铁,2007(1):35doi: 10.3321/j.issn:0449-749X.2007.01.009

[2]王明海. 钢铁冶金概论. 北京: 冶金工业出版社, 2001

[3]安霞,左启伟,陈春生,等. Q345角钢矫直开裂原因分析. 金属世界,2013(2):46doi: 10.3969/j.issn.1000-6826.2013.02.014

[4]蔡开科. 连续铸钢. 北京: 科学出版社, 1990

[5]李芬. 中型轧机生产20/12. 5号角钢的孔型设计. 轧钢,2003(2):22

[6]渠松涛. 连铸二冷工艺优化与铸坯角部裂纹控制研究. 山西冶金,2021,44(1):131

文章来源——金属世界