隨著鋼鐵行業競爭日益激烈，為提高市場競爭力，加快產品升級改造，河鋼唐鋼型鋼廠開發了技術水平較高的20CuNi鐵道墊板型鋼。首次采用以軋代鑄的方式進行鐵道墊板型鋼生產，從軋制到沖孔成型開發了一套完整的生產工藝流程，實現了穩定批量生產。本文簡述了鐵道墊板型鋼生產工藝流程，介紹了鐵道墊板型鋼矯直工藝的開發應用，解決了河鋼唐鋼大型線非對稱形型鋼矯直生產的難題，實現了鐵道墊板型鋼的穩定批量生產，為型鋼的矯直生產提供了寶貴經驗。

鐵墊板是鋼軌和軌枕之間的重要部件之一，在輪軌動力系統中起著重要的減振作用。隨著重載鐵路運輸的發展，在鋼軌逐漸重型化的同時，對墊板的性能提出了更高要求，即減振性能好、耐沖擊、使用壽命長[1]。傳統的鑄造工藝生產的鐵道墊板存在工藝復雜、生產合格率低、飛邊毛刺等問題，因此河鋼唐鋼型鋼廠結合產線特點，打破傳統鑄造工藝，采用以軋代鑄工藝進行20CuNi鐵道墊板型鋼的生產。其中，矯直工序作為關鍵工序之一，承擔著去除墊板型鋼軋制后各種彎曲、扭轉等缺陷，保證鋼材順直、平整的重要任務，對產品的最終質量起著決定性作用，因此鐵道墊板型鋼矯直工藝的開發具有十分重要的意義。

以軋代鑄工藝

生產線簡介

河鋼唐鋼型鋼廠大型線2012年7月投產，以生產國家電網用大規格角鋼為主要產品類型。為保證鋼材成品力學性能和鋼材質量，大型線采用長尺冷卻和長尺矯直工藝，矯直工藝采用國內常見的大壓下量矯直法。主要設備包括：1臺矩形坯連鑄機、1座蓄熱步進梁式加熱爐、2臺高壓水除鱗機、4架軋機、1座78 m步進式大冷床、1臺9輥雙支撐變節距矯直機[2]、3臺熱鋸機、2臺冷鋸機、3套碼垛機，其中9輥雙支撐變節距式矯直機是引進德國技術，并與國內合作制造的專用設備。該矯直機選用的是德國KOCH公司設計的世界最大的不對稱無級可變節距雙支撐水平輥矯直機，設備精度0.01 mm，矯直機本體可根據需要升降，九輥間距可根據需要移動調整，節距1350~1800 mm，矯直輥軸心距800~1100 mm，單個矯直輥可實現水平軸向調整，保證矯直后鋼材彎曲度控制在0.15%以內。

型鋼產品

河鋼唐鋼大型線生產的鐵道墊板型鋼是美國鐵道墊板沖孔前型材，長度在6~12 m，材質為20CuNi，較軟，屬于低碳耐候鋼，規格為14—3/4″。鐵道墊板要求無條狀突起物，軌座保持平整，無拱狀凸起，因此對墊板型鋼的彎曲度及平整度要求較嚴格，一般不能超過0.2%。鐵道墊板型鋼關鍵尺寸參數如圖1所示。

工藝流程

鐵道墊板型鋼主要生產工藝流程為：高爐鐵水—鋼包爐—鐵水熱處理—120 t轉爐吹煉—LF精煉—矩形連鑄機—加熱爐—軋機—冷床—矯直機—冷鋸—碼垛機。

轉爐吹煉采用高拉補吹工藝，使用鋁脫氧工藝，嚴格控制Als含量，保證鋼水純凈度；LF精煉采用白渣精煉，底吹工藝；連鑄采用末端電磁攪拌，并對20CuNi連鑄坯進行緩冷48 h；加熱工藝采用高溫、快燒加熱模式，避免Cu加熱產生熱脆；采用雙機架二輥可逆式開坯軋機軋制多個道次完成粗軋，一架可逆水平二輥精軋機(F1)和一架水平/萬能可轉換精軋機(F2)最終軋制成形；經過冷床預彎緩冷，進入9輥雙支撐變節距矯直機，采用大壓下量矯直法進行矯直；經過冷鋸鋸切成合同定尺，檢驗合格后碼垛下線。

矯直工藝的開發應用

矯直孔型

河鋼唐鋼大型線生產其他型材產品均為對稱形大斷面產品如等邊角鋼、U型鋼板樁等，矯直孔型大部分采用對產品全包圍型，左右對稱，矯直其上下腹板及側壁，受力均勻，保證產品在矯直機內釋放最大應力，矯直后產品平整、順直，不會出現因殘余應力造成回彎現象。而鐵道墊板型鋼為非對稱形，且斷面形狀復雜，兩肩長度厚度均不相同，給矯直設計帶來困難，因此設計時充分考慮鋼材受力位置，并根據經驗采取矯直腹板的矯直方式。鐵道墊板型鋼矯直輥采用組合方式設計，上、下矯直輥示意圖見圖2。

矯直壓下量

軋制后鐵道墊板型鋼在冷床上進行冷卻，由于鐵道墊板型鋼中間軌座不利于冷卻水流動，致使冷卻水不均勻分布在型鋼表面，型鋼頭尾部分冷卻速度快于中間部位冷卻速度，型鋼變為兩頭翹起的形狀，導致中間部位積水，使型鋼上下表面產生溫度差，上表面收縮率大于下表面，從而產生上下彎曲[3]。

河鋼唐鋼大型線采用9輥雙支撐變節距矯直機，其排布為上4輥、下5輥，其中第1輥為下輥，且下輥為壓下調整。因此，矯直壓下量設計使用時，1輥壓下量為零，保證鐵道墊板型鋼順利咬入矯直機，3輥采用大壓下量，消除不均勻變形，使型鋼達到統一變形，5、7輥逐步減小壓下量，使型鋼殘余應力完全去除，最后通過9輥小壓下量對型鋼進行找平，實現鐵道墊板型鋼的平整。

矯直生產應用

◆存在問題

在實際矯直生產應用過程中，該套矯直孔型并不理想，主要問題有：

(1)鐵道墊板型鋼冷卻后側彎嚴重，不利于咬入矯直機，容易出現咬入不正，造成型鋼扭曲，矯直輥磕傷等問題。

(2)鐵道墊板型鋼在矯直機內移動狀態不穩定，易左右竄動，導致型鋼出現側彎、矯痕等缺陷。

◆優化措施

針對實際生產中存在的問題進行分析，提出改進措施：

(1)鐵道墊板型鋼軋制后在大冷床進行冷卻時，由于該產品特點，左肩部分短且薄，右肩部分長且厚，導致左肩冷卻速度快，右肩冷卻速度慢，在自然冷卻狀態下，型鋼容易產生左側側彎，側彎程度較大，給矯直機對中咬入帶來困難，容易出現咬入不正，造成扭曲，甚至側翻；當咬入偏差較大時，會造成型鋼軌座凸起部位與矯直輥磕碰，導致矯直輥磕傷問題，嚴重影響生產節奏。為使鐵道墊板型鋼側彎減小，對其進行預彎處置，利用上鋼小車托起型鋼，向左移動到輥道側板靠直，保持30 s后再進入冷床，在冷床底部啟用風冷設施，側重吹鐵道墊板型鋼右肩部位，保證型鋼長尺彎曲度控制在0.5%以內，便于咬入矯直機。

(2)在實際生產中，由于該孔型設計左右兩側無遮擋，鐵道墊板型鋼在矯直機內移動狀態不穩定，易發生竄動，導致鐵道墊板型鋼軌座處易出現矯痕，且型鋼出矯直機后側彎超過0.2%的標準。

對矯直孔型進行優化，原矯直孔型中間輥環保持不變，將上矯直輥兩側輥環矯直受力點位置向鐵道墊板型鋼兩肩端部移動，斜面比例不變，與成品斜面比例相同，輥環一段進行延伸起到軸向方向阻擋作用。優化后上矯直輥示意見圖3。

下矯直輥與上矯直輥相似，保持中間輥環不變，兩側輥環矯直受力點位置向鐵道墊板型鋼兩肩端部移動，為避免兩肩底部出現矯痕，將平面改為斜面支撐，有效避免咬入或竄動造成矯直輥損傷，對型鋼矯直機中的軸向移動進行了有效限制，解決了側彎和矯痕缺陷，實現產品的高質量生產，優化后下矯直輥見圖4。

結束語

20CuNi鐵道墊板型鋼矯直工藝的開發應用解決了河鋼唐鋼大型線非對稱形型鋼矯直生產的難題，實現了鐵道墊板型鋼的穩定批量生產，驗證了以軋代鑄進行低碳耐候鐵道墊板生產的可行性，同時增強了型鋼產品的競爭力，也為其他品種鋼的矯直生產提供了寶貴經驗。

文章來源——金屬世界