钢轨万能轧制过程金属纵向流动规律的理论和实验

为分析钢轨万能轧制过程中轨头、轨腰以及轨底的纵向流动机理,根据钢轨断面特点,给出了轨头与轨底等效压下系数计算公式,并考虑了轨头与轨腰以及轨底与轨腰之间的金属横向流动体积的影响;基于轧制前后体积不变条件,推导出了轨头、轨腰及轨底的延伸系数计算模型,得到了钢轨各部分压下系数以及宽展系数对其纵向流动规律的影响。为验证理论模型,进行了钢轨的万能热轧实验,实测了不同轧制规程时钢轨各部分的延伸系数,并与理论计算结果进行比较。理论计算结果与实验结果误差不超过±5%,说明理论模型具有较高的预测精度,可用于钢轨万能轧制实践。     

齿型辊辊型曲线对波纹轨腰钢轨轧制力的影响

波纹轨腰钢轨是一种特殊的钢轨结构。轧制波纹轨腰钢轨的水平辊由于其外形接近于直齿齿轮而被称为齿型辊。齿型辊的辊型曲线对波纹轨腰的轧制成品质量、成形过程及轧制力均有较大的影响。设计了轧制波纹轨腰的齿型辊辊型曲线,建立了波纹轨腰钢轨轧制的有限元模型,利用ANSYS/LS-DYNA软件模拟了波纹轨腰钢轨的轧制过程。在相同压下量和轧制速度条件下,比较了波纹轨腰钢轨轧制时,实验用辊型曲线和设计辊型曲线轧制力的大小。根据分析结果,设计辊型曲线的轧制力明显小于实验辊型曲线的轧制力。因此,优化辊型曲线从而减小轧制力是必要的。     

波纹轨腰钢轨的变形特点分析

基于有限元软件ANSYS/LS-DYNY,模拟了波纹轨腰钢轨的轧制过程。分析轧制波纹轨腰钢轨时,咬入条件、变形区、伸长系数、前后滑区等与轧制普通钢轨的不同。通过其轧制变形特点的分析,找出轧制波纹轨腰钢轨轧制力大的原因。结果表明,轧制波纹轨腰钢轨时,只要轧件与齿型辊接触,就能保证咬入;轧制形变区的存在对金属起到了预变形的作用,同时也是轧制力较大的原因;为了保证波纹轨腰轨头和轨底的均匀伸长,应使轨腰的总体伸长系数与轨头和轨底的伸长系数一致。     

115RE钢轨开发难点及应对措施研究

针对115RE钢轨开发中存在的鱼尾板安装面高度与轨底宽度偏差小、共用孔型不均匀变形严重、表面质量与平直度要求高等技术难点,通过采用底宽小展宽或负展宽设计、科学分配延伸系数等措施,在攀钢万能生产线上成功开发出115RE钢轨。     

钢轨下腭轧疤缺陷形成机理研究

针对河北钢铁集团邯钢公司大型轧钢厂钢轨下腭轧疤缺陷问题,对缺陷形成机理进行了分析。结果表明,形成钢轨下腭轧疤缺陷的主要原因是轧件轨头和轨底部位金属量不均衡,在万能U₁EU₂轧机第1、第2道次轧制过程中轨头部位的延伸大于轨底部位,U₁E轧机第3道次轧出后轧件向轨底一侧偏斜且轨头部位前尖舌头较轨底部位长,咬入U₂轧机时轨头前尖撞击水平辊孔型下腭部位而导致辊面粘钢; 辊面粘结物粘结力较弱时,会形成咬入端非周期性下腭轧疤缺陷;辊面粘结物粘结力较强时,则形成周期性下腭轧疤缺陷。根据现场实际情况,提出了对轨形延伸孔轨底部位设计增加金属量约0.3%、轨形切深孔轨头部位设计减小金属量约0.1%、BD₁轧机帽形孔轧件高度设计减小约2%的治理方案,平衡了轨头、轨底部位的金属变形量,改进了万能U₁EU₂轧机各道次轧件前尖舌头形状,改善了咬入状态,彻底解决了钢轨下腭轧疤缺陷问题。     

异形硬线密集冷连轧的研究

本文提出一种适于生产异型硬线的密集冷连轧机。用此种轧机试轧Z型硬钢线和凵型铜线,以及理论分析都证明,此种轧机具有张力或推力的自调能力。只要机架间速比选定合适和孔型设计较合理,因来料尺寸和性能波动引起压下量变化时,不需电控,仅靠张力或推力的自调作用便会稳定轧出合格产品。由于两架水平辊间设有立辊,不仅可以正确引导轧件进出水平辊和容易控制轧件宽度,而且还会使轧件侧边所受的纵向残余拉应力变为压应力。     

钢轨端头缺陷成因分析及其控制措施

攀钢新钢钒股份有限公司轨梁厂生产钢轨过程中UF轧机出钢后钢轨端头存在硬弯,端头扭转、跳 动,轨头R处撞伤,轨底摔伤等缺陷,分析了缺陷的形成原因;即万能轧机孔型均为直配,轧制重轨时头部悬空;轧机采用纵列式布置,出钢端头、底尖头长度与二辊模式差异较大;万能轧制线位置固定,轧制不同的产品需调整出口辊道高度等,由此提出了保证UF轧机出钢上翘,控制提升辊道工作面与出口轧件最低点距离,UF轧机出口辊道采取锥形辊道或UF轧机斜配孔型等相应改进措施,保证了端头质量。     

断面速度差对乙字钢矫直质量的影响

针对310乙字钢矫直过程中矫痕严重的问题,通过分析轧件及矫直辊上的凹坑形状及变形方向认为矫直辊断面速度差过大是其主要原因,而轧件表面粗糙度、轧件尺寸及热锯切金属颗粒等也加剧了轧件与矫直辊之间的摩擦,使矫痕形成速度加快。通过减少矫直孔型的腰部配置斜度、改变来料进钢方式、优化轧制孔型,有效降低了矫直辊断面速度差,减轻了矫直辊的表面磨损。     

焊接工艺对钢轨闪光焊接头性能的影响

在不同热输入和不同顶锻量等焊接工艺条件下,对TB60廓型R260钢轨移动闪光焊接头纵断面硬度、热影响区宽度及拉伸、冲击等性能进行了研究。结果表明,随着焊接热输入的增大,钢轨闪光焊接头热影响区宽度也越大,但纵断面硬度趋于平缓;随着顶锻量的增加,钢轨闪光焊接头纵断面硬度间差值先增大后减小,热影响区宽度基本呈减小趋势;不同顶锻量条件下的钢轨闪光焊接头冲击及拉伸性能相差不大。     

上限原理在重轨万能轧制过程平均温度计算中的应用

在重轨万能轧制过程中,首先建立了简化的三维几何模型,然后分别给出了轨腰、轨头及轨底的运动学许可速度场以及相应的应变速度场和剪应变速度强度。根据上限原理分别求出了轨腰、轨头及轨底在运动学许可速度场下的塑性变形温升和摩擦温升,并且求得了轧件在相邻机架之间的穿梭温降。根据水平辊和立辊的能量平衡条件求出了接触温降,得到了轧件在单个机架上变形前后的温度变化。为了验证理论模型,对轧制过程的温度变化进行了刚塑性有限元仿真,得到了钢轨各部分的平均温度的有限元解。通过比较理论解、有限元解和实测表面温度可知,上限原理求得的平均温度值大于表面温度实测值,而且接近于有限元解,能更准确地表示轧件温度。因此,根据上限原理控制轧制温度从而控制钢轨的微观组织变化以得到高质量钢轨是可行的。     

两种万能成品孔轧制60kg/m重轨有限元模拟及分析

为提高60kg/m重轨轨头踏面的形状精度和轨高尺寸精度,在半万能轧制法的基础上,提出了全万能成品孔轧制法。用ANSYS/LS-DYNA软件对两种万能成品孔型轧制60kg/m重轨的变形过程进行了有限元模拟。重轨经全万能成品孔轧制时,在X方向的金属流动趋势和等效应力、等效应变的分布更有利于保证轨头踏面的形状精度,并且轧后重轨轨高的波动幅度比半万能轧制时小。从理论上证明了全万能轧制法轧制60kg/m重轨的可行性,为高精度重轨的轧制提供了理论依据。     

万能轧制过程轧件相对立辊前滑的理论和实验研究

为便于钢轨万能轧制过程解析计算,将轧制轨头立辊合理简化为平辊,并且将钢轨断面形状等效为工字形断面。基于立辊的力矩平衡条件,推导出轨头、轨底变形区的中性角公式,并根据秒流量相等理论,推导出轨头和轨底相对于立辊的前滑系数公式。为验证理论模型,在燕山大学实验室的万能轧机上完成了18kg/m轻轨的万能热轧实验,用压痕法实测了不同轧制规程时轨头和轨底相对于立辊的前滑系数。通过对比,理论模型计算结果与实验结果比较接近,可以用于钢轨万能轧制过程前滑预测。     

钢轨全万能轧制技术研究与实践

为生产高尺寸精度钢轨,开发了全万能成品孔型。介绍了3种典型全万能成品孔型的结构特征,比较了其优缺点,模拟计算了轧件变形情况,并在生产线上进行了角部开口孔型的轧制试验。结果表明,角部开口孔型钢轨断面尺寸精度高,表面过渡光滑,无棱角;全万能轧制钢轨轨高尺寸精度提高,107 m长度范围内轨高波动可以减小到0.4 mm以下,配合其他措施有望达到0.2 mm以下。同时,其指出全万能成品孔型对设备精度要求高,设备维护是钢轨全万能轧制技术顺利应用的重点。     

非对称因素对热轧纯钛中厚板出口楔形的影响

针对纯钛中厚板热轧过程中可能出现的轧件断面楔形问题,结合四辊轧机设备和工艺的非对称特点,基于影响函数法建立双悬臂梁辊系弹性变形模型,研究对中误差、机架刚度差、坯料楔形、横向温差等非对称因素对轧件断面楔形的影响。结果表明对中误差、机架刚度差、横向温差对出口楔形的影响随着板宽和压下量的增大而增大,入口楔形对出口楔形的影响随着板宽增大和压下量的减小而增大。     

辊式矫直轨高变化及其研究

介绍了实测的矫直前后钢轨外形尺寸(轨头宽度、轨高、钢轨长度)的变化,分析了轨高减少的原因及影响因素,并通过变形模拟试验,提出了轨高减少的变形机理,为优化矫直工艺提供了依据。     

板式楔横轧力能参数的理论计算

根据板式楔横轧的轧制成形特点，本文推导了模板与轧件间接触宽度和压缩量的计算公式，介绍了轧制力和驱动功率的理论计算方法，编制了轧制力电算程序，并给出了一种典型件轧制驱动功率的计算实例。     

钢轨万能轧制过程的数值模拟

用MARC有限元软件对钢轨的轧制过程进行了三维弹塑性有限元模拟,分析了钢轨的轧后变形、轧制状态下钢轨内部应力的分布以及轧后残余应力分布,为合理配置精轧前万能孔型,指导物理模拟,并为提高钢轨质量奠定了理论基础。     

润滑轧制减少钢轨氧化铁皮粘结的应用研究

氧化铁皮粘结是UF轧机半万能法生产腿内侧为双斜度断面钢轨的主要问题,会影响钢轨表面质量,降低轧辊使用寿命及生产效率,增加人工劳动强度。本文通过仿真分析,认为腿内侧交界处摩擦阻力大,“刮蹭”流动的金属是形成氧化铁皮粘结的主要原因。采用润滑轧制工艺降低了腿内侧交界处的摩擦因数,可以解决氧化铁皮粘结问题,同时孔型修磨次数、孔型磨损量、轧制负荷及人工强度等均不同程度降低。