圆钢剪切缺陷原因分析及改进措施

    摘 要：工业是我国第二产业，在社会经济发展中占据着重要的经济地位。而钢和铸铁则是工業中应用最广泛的金属材料。在钢铁具体的生产工艺中，存在着一定的缺陷。本文对造成圆钢剪切缺陷的原因进行分析，并提出相应的改进措施。

    关键词：剪切；缺陷；原因；改进措施

    DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.09.055

    小棒线是上世纪90年代末投入生产，冷床后使用冷剪将棒材切成不同长度的定尺，在用冷剪进行剪切时，圆钢在剪切端面质量很容易出现诸多类型的剪切缺陷，而其中最重要的剪切缺陷则是圆钢剪切裂纹。

    1 小棒线生产工艺简介

    小棒线采用的坯料断面为150 mm×150mm×9000mm 连铸坯一火成材，或者采用130×150mm×9000mm 轧制坯二火成材工艺。小棒线生产规格为Φ13mm～Φ60mm直条棒材，定尺的长度是4～12m。主导产品轴承钢、齿轮钢、弹簧钢、易切削非调质钢、优质碳素结构钢、合金结构钢、锚链及系泊链钢、高压及油井管坯等钢种广泛应用于汽车、工程机械、铁路、石油和矿山、船舶和海洋工程、军工等领域。全线共18架短应力轧机与4架减定径轧机，并以单线无扭连续布置，最大的轧制速度可达每秒18米；采用12.5*120m 步进式冷床；定尺剪使用450吨冷剪。

    2 圆钢剪切缺陷原因分析

    小棒线出冷床后通过梳形器引导轧件顺利进行孔型剪刃定尺剪切，剪切过程中出现端部剪切质量缺陷，增加了后部处理，容易产生质量隐患，使生产成本、产品形象都产生影响[1]。

    2.1 端部剪切弯曲原因分析

    在剪切低碳钢时如20#钢、20CrMo等，在端部剪切端部容易使端部产生弯曲，此弯曲锯端部长约100～200mm，弯曲度超过4‰，超过国标要求。矫直机也无法进行矫直，只能通过后部二次锯切进行处理，增加了后续处理成本。

    2.2 端部毛刺原因分析

    首先，由于剪切刀片之间存在过大的缝隙，使得钢材在接受剪切的过程中发生了滑移，进而从缝隙中带出了舌头状的毛刺。 其次，在采用平剪剪切工艺时，受到轧件弯曲的影响，使得压扁的金属体积沿着轧件纵向堆积在了剪刃口处，并最终造成轧件在剪切时发生分离撕裂形成毛刺。最后，在接受剪切的过程中，剪切切片的刃口不够锋利，使得圆钢剪切端部出现了毛刺。

    2.3 剪切裂纹原因分析

    剪切裂纹是目前最常见，也是较为严重的圆钢剪切缺陷。钢材在经受高温加工时，其性能会发生相应的变化。同时，钢材含硫量高低与其自身的热加工性能高低成反相关关系。也正是由于钢材的含硫量较高，使其自身的热加工性能降低，并造成加工过程中出现打滑现象，进而引发剪切裂纹的出现，甚至会造成轴向方向的延时开裂，进而影响到客户的应用体验，降低客户的满意度。

    3 圆钢剪切缺陷有效应对措施

    3.1 端部剪切弯曲应对措施

    端部剪切弯曲主要集中在低碳钢及低合金结构钢，主要原因是剪切温度高，使轧件变形抗力小，剪切冲击力造成端部向下弯曲。通过多次试验，控制剪切温度在150℃左右，此时钢材端部相变结束，形成少量贝氏体组织，增加端部硬度，减少了剪切弯曲[2]。

    3.2 圆钢剪切毛刺的应对措施

    首先，需要科学合理地这只上下刀片之间的间隙，将间隙数值控制在0.1～0.4mm，同时，刀片头尾两端的间隙差要小于或者等于0.2mm。在正式剪切前，一旦返现剪切刀片的间隙数值不符合正常数值范围，就要及时地给予调整，可以通过在剪刃与耐磨衬板之间添加铜垫片来补偿剪刃偏差，进而使得剪刃头尾的间隙一致。其次，要保证刀刃刀口的完整性，一旦发现磨损，就要及时地更换新配件。

    3.3 解决端部压扁的应对措施

    首先，剪切∮18圆以上钢材时选用孔型剪刀，并合理把控孔型剪刀的剪孔直径，组距缩小到5mm一组，防止过大引起端部压扁缺陷。其次，将孔型剪刃与圆钢的接触面设置成曲面，并适当地增大孔型剪刃与轧件接触面积，进而减少压扁缺陷的出现。其次，在冷剪机前适当地增加一个重锤装置，同时在正式剪切前将轧件的端部压紧，并通过给轧件增加一个力矩而防止剪切头部出现弯曲，进而增大剪刃与轧件的接触面积减少压扁缺陷。

    3.4 解决剪切裂纹的措施

    3.4.1 对剪刃进行重新设计

    通过改善剪切时端部的受力状态，可以有效地减少变形应力产生的残余应力。同时，要将斜剪刃改成平剪刃，进而降低残余应力。

    3.4.2 科学合理地控制轧制温度

    解决圆钢剪切裂纹的关键在于有效地控制轧制时的温度。结合相关资料与生产经验，我们得出：首先，为了有效地规避剪切裂纹，就需要合理地控制轧制温度，要防止在830摄氏度到1050摄氏度这个温度区间进行轧钢时出现变形。其次，钢坯加热温度至关重要，何时加热，何时开轧都需要严格控制。最后，轧制速度不合理也会引起剪切裂纹，为此，要结合实际情况合理调控轧制速度，并控制好终轧温度，进而提升轧制质量，预防剪切裂纹出现。

    3.4.3 增加端部加热装置

    对于弹簧钢、高合金齿轮钢等宜裂钢种，当剪切温度偏低低于300℃时，在收集台架上对成捆后的圆钢端部进行加热，在保温一定时间，然后缓慢冷却。加热方法是沿长度方向100mm进行加热，加热到500～600℃再缓慢冷却以达到去应力退火的目的，去应力退火过程中不发生组织的转变，目的是为了消除冷冲压件的残余应力，进而消除端部裂纹缺陷。

    4 结束语

    随着技术的发展生产直条小棒材时可以采用冷剪加砂轮锯相结合的方式进行在线剪切、锯切，能以最优、最高效、最低成本的对∮60以下规格棒材进行处理，提高端部质量，减少生产成本。结合相关资料，对圆钢剪切缺陷原因进行分析，并给出相应的改进措施。

    参考文献：

    [1]李学保，周小兵，潘泽林.圆钢剪切缺陷原因分析及改进措施[J].南方金属，2017（01）：51-55.

    [2]易敏，陈明跃，崔京玉等.圆钢剪切断面裂纹研究[J].首钢科技，2007（04）：30-33.

    作者简介：郑晓宁（1983-），男，河北石家庄人，本科，工学学士，工程师，主要从事的工作为技术质量管理。