CN1069069C - 轧制z形截面钢板桩的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用半成品H型钢轧制Z形截面钢板桩的方法，包括确定一轧制平面(8)的轧制手段。半成品H型钢的取向是这样的，其腹板(12)基本上平行于此轧制平面(8)。根据本方法，首先轧制出钢板桩的雏形，使其在两个与轧制平面(8)基本上平行的翼缘/腹板过渡部分(22′，22″)。这两个翼缘/腹板过渡部分将形成钢板桩翼缘的粗轧部分(24′，24″)与倾斜于轧制平面(8)的中间部分(20)连在一起。

Description

轧制Z形截面钢板桩的方法
本发明涉及一种用半成品H型钢，特别是用连铸异形坯热轧Z形截面钢板桩的方法。
尽管直到最近型钢(例如钢梁、板桩和角铁)都是用起始是矩形截面的坯料轧制而成的，但现在的趋势是采用通过连铸获得的预成型坯，这样减少了为获得最终型钢所必需的轧制阶段。用已为H形的连铸异形坯热轧H型钢的方法已经变得越趋普遍。此外，连铸这类异形坯的方法也已完全为人们所掌握。
就钢板桩而言，目前还不存在连铸预成型坯的方法。与具有两个对称平面的H形截面钢梁不同，实际上在钢板桩中，U形钢板桩仅具有一个对称平面而Z形截面钢板桩没有对称平面。因此，从技术观点看，连铸接近最终钢板桩形状的型钢比连铸生产钢梁用的具有两个对称平面的异形坯要困难一些。
从另一方面讲，由于钢板桩通常与钢梁在相同的轧机组上进行轧制，所以如果能够用H形截面异形坯生产钢板桩，特别是Z形截面钢板桩，将极具吸引力，因为这一方面减少了连铸异形坯截面的种类数，另一方面同时也避免了连铸用于生产钢板桩的特殊截面坯料所涉及的问题。
一种用异形坯轧制Z形截面钢板桩的方法已在专利申请JP-A-4/288903中进行了描述。这种轧制方法在轧制的第一阶段将半成品H型钢变成了Z形截面钢板桩的预成型坯，它除了钩爪的雏形以外，已具有钢板桩的最终几何形状。轧制的第二阶段主要粗轧腹板和翼缘，以及轧制钩爪。Z形截面的整体形状几乎不再有进一步变化。这种轧制方法要求有复杂的材料流动过程，这就可能产生缺陷，如：在钢板桩腹板和翼缘之间角部的皱折。
本发明的基本目的是提出一种更适宜的用半成品H型钢热轧Z形截面钢板桩的轧制方法，该方法能够在将半成品H型钢成型为一Z形钢板桩时保证更好的材料流动。
根据本发明，提供了一种用半成品H型钢轧制Z形钢板桩的方法，所述半成品H型钢包括一腹板和四个翼缘端部，这些翼缘端部围绕着H形截面分别标注为A1、A2、A3和A4，所述方法包括下述步骤：
a)以半成品H型钢的腹板平行一轧制平面的方式将半成品H型钢引入轧机机组；
b)对所述半成品H型钢进行首期多个道次轧制以形成具有下述各部分的Z形钢板桩预成型坯
ⅰ)待成型Z形钢板桩的侧翼缘和钩爪的第一和第二粗轧雏
形；
ⅱ)倾斜于所述轧制平面的中间部分；
ⅲ)分别将所述中间部分连接于侧翼缘和钩爪的所述第一和
第二粗轧雏形的第一和第二翼缘/腹板过渡部分，所述
第一和第二翼缘/腹板过渡部分被轧平以便基本上平行
于所述轧制平面；以及
c)对所述Z形钢板桩雏形进行二期多个道次轧制以形成带有一平面状腹板、与所述腹板连接的两侧翼缘以及所述两侧翼缘顶端的钩爪的Z形钢板桩，其中所述平面状腹板与轧制平面成夹角α0，而所述两侧翼缘分别与轧制平面成夹角β0。
本方法不是将半成品H型钢轧制成几何形状类似于Z形截面钢板桩的预成形坯，而是需经历带有两个与轧制平面(与轧机轧辊旋转轴线平行的平面)基本平行的翼缘/腹板过渡部分的预成型坯轧制阶段。这两个翼缘/腹板过渡部分将用于形成钢板桩翼缘的粗轧部分与倾斜于轧制平面的中间部分连接在一起。采用的这种加工方法可很简单地将半成品H型钢翼缘端部的材料分配到形成翼缘/钩爪的粗轧部分或两翼缘/腹板过渡部分。
两翼缘/腹板过渡部分和所述的中间部分形成了所述钢板桩的曲线形腹板雏形。为了简化轧制工作，在整个粗轧过程中这种曲线雏形一直保持着。只是轧制过程快要结束时才将腹板的曲线形雏形轧平，以便形成钢板桩的最终腹板。这样，就有可能减少所需的轧制宽度；因此也就有可能或是用不那么宽的轧机轧辊进行轧制或在给定轧机上轧制更宽的钢板桩。在此应提及的是，在给定的弹性模量情况下，使用较宽的钢板桩可使每m2板桩壁减重约15％。因此，应当理解，由于可以在现有轧机上轧制宽截面钢板桩，所以本发明还具备较大的经济优势。
在轧制的第一阶段，将翼缘端部A2和A4轧平并使翼缘端部A1和A3进一步横向分离是一种优势。
在粗轧期间，半成品H型钢材料的流动的主要特征如下：
·翼缘端部A2和A4的主要部分变成过渡部分，
·翼缘端部A1和A3的材料变成两侧翼缘和两个钩爪的雏形；
·所述中间部分几乎完全由源于半成品H型钢腹板的材料形成。
最好是，用这样的方式轧制连接两翼缘/腹板过渡部分的中间部分，使它与轧制平面形成夹角α，该角逐渐增至最大值α(最大)且α(最大)＞α0,α0是最终腹板与轧制平面间的夹角。当轧制过程趋向结束时，这个夹角α(最大)减至最终值α0。就轧制宽度而言，采用这种加工方法可以获得最大的空间量。
将了解到，本发明还描述了一种能够使钢板桩的翼缘和钩爪的轧制最佳化的方法。最好是，对于每个形成翼缘的两个粗轧部分，轧制出一个钩爪雏形、一个基本上与轧制平面平行的钩爪/翼缘过渡部分以及一个位于钩爪/翼缘过渡部分和翼缘/腹板过渡部分之间的连接部分。基本上与轧制平面平行的钩爪/翼缘过渡部分大大简化了在翼缘/钩爪雏形区域材料的流动且还方便了钩爪的轧制。后者是通过沿与轧制平面垂直的方向在钩爪的雏形上轧出一沟槽开始的。当轧制趋于结束时，钩爪/翼缘过渡部分和位于钩爪/翼缘过渡部分与翼缘/腹板过渡部分之间的连接部分被轧平及定向，以便形成与轧制平面成β0角的平面翼缘。
采用本发明的轧制方法，不但便于钢板桩的轧制，而且可极大减少形成表面缺陷的可能性，同时可以在现有轧机上轧制较宽截面的钢板桩，从而具有较大的经济优势。
通过附图中所给出的实施例将会更好地理解本发明。
图1示出采用本发明轧制方法时轧材断面逐渐变化的过程。
图2a表示根据本发明在形成钢板桩最终形状的轧制阶段之前的钢板桩预成型坯的横断面。
图2b表示Z型截面钢板桩的最终形状。
作为本发明的例证性实例，图1描述了用一H形截面连铸异形坯10轧制带有LARSSENR型互锁钩的“AZ36”钢板桩期间轧材断面的变化过程。最初的异型坯10有两个对称平面并且可分为五个部分：一个腹板12和四个翼缘端部，翼缘端部的附图标记A1、A2、A3和A4是围绕着异型坯连续给出的，腹板12在轧制时是平行于轧制平面8(与未示出的轧机轧辊旋转轴平行的平面)的。翼缘端部A1、A2、A3和A4通过圆角部分14与腹板12连接。H形异形坯的两翼缘的外侧表面16是平面且与腹板垂直。需要指出的是，四个翼缘端部的总的截面积略大于腹板的截面积。
在第一道次轧制中，异形坯腹板12中部略被减薄，并获得倾斜于轧制平面8的方向。翼缘端部A2和A4被轧平，并平行于轧制平面。翼缘端部A1和A3被圆整。异形坯10侧面的中部出现了轻微***。
在第二道次轧制中，翼缘端部A2和A4进一步轧平以致具有与轧制平面平行的平面18。翼缘端部A1和A3则进一步横向向外伸展。需要指出的是，轧材截面的所有凹形连接部分均为大曲率半径的弧形。
在第三道次轧制之后，就能够区分出倾斜的中间部分20、两个翼缘/腹板过渡部分22′和22″和将发展成最终钢板桩翼缘及钩爪的粗轧部分24′和24″。两个翼缘/腹板过渡部分22′和22″位于翼缘端部A2和A4占据的位置，并且基本上与轧制平面平行。需要指出的是，在两个翼缘/腹板过渡部分22′和22″的凸起侧各有一基本上是平面的表面23′和23″，在与其相反的一侧有足够大的空间形成大曲率半径的凹形连接部分26′和26″。这些凹形连接部分26′和26″将倾斜的中间部分20与将发展成为成品钢板桩的翼缘和钩爪的粗轧部分24′和24″连接起来。需要指出的是，经第三道次轧制后，角α已经增大且翼缘端部A2和A4完全消失了。翼缘端部A2和A4的材料主要流动到翼缘/腹板过渡部分22′和22″，然而也有一部分流向最终形成翼缘的粗轧部分24′和24″。翼缘端部A2和A4逐渐变平且平行于轧制平面，由此形成翼缘/腹板过渡部分22′和22″和具有大曲率半径的凹形连接部26′和26″，从而有可能极大减少形成表面缺陷(如皱折)的风险。
第四道次是第一阶段轧制的最后一道次，该阶段将H形异形坯轧制成弯折状Z形钢板桩的预成型坯。现在可以清楚地辨别出倾斜的中间部分20，它与轧制平面8间的夹角α进一步增加；以及平行于轧制平面的翼缘/腹板过渡部分22′和22″。将演变成成品钢板桩翼缘和钩爪的粗轧部分24′和24″得到进一步减薄。一沟槽34已轧制成垂直于轧制平面8的钩爪的雏形。基本上平行于轧制平面的钩爪/翼缘过渡部分30′和30″与将钩爪/翼缘过渡部分30′和30″与翼缘/腹板过渡部分22′和22″连在一起且与轧制平面8形成一个夹角β的连接部分32′和32″已开始能够区分开来。
需要指出的是，两翼缘/腹板过渡部分22′和22″以及倾斜中间部分20构成了成品钢板桩腹板的曲线形雏形；而钩爪/翼缘过渡部分30′和30″及连接部分32′和32″成对构成成品钢板桩翼缘的曲线形雏形。
随后的轧制阶段(至第九道次)主要是逐步粗轧钢板桩的曲线形或折线形雏形和轧制钩爪。与传统的轧制Z形截面钢板桩时的情况不同，这里，粗轧完全是在Z形截面钢板桩的曲线形雏形上进行。这样，就钢板桩凸起部分而言，特别有可能利用连接部分的半径。未来翼缘的曲线形状特别有利于钩爪的轧制，因为其几乎与轧制平面8平行并因此而非常易于轧制。在曲线形腹板粗轧期间，α角几乎保持恒定并且远远大于成品钢板桩的α0角(参见图2a和2b)。
截止到第九道次，钩爪的雏形始终是一个开放式形状，从而方便了对其的轧制。在第九道次，粗轧已经完成，钩爪开始闭合以便使它们具有确定的形状。此外，在第九道次轧制期间，钢板桩各壁基本上达到它们的最终厚度。最后的轧制道次仅仅用来给钢板桩矫直(见图2a和2b)。平行于轧制平面的两个翼缘/腹板过渡部分22′和22″(其长度总和可以在钢板桩腹板最终长度的15-75％之间)和中间部分20被矫直以便形成一平直的部分，构成钢板桩的腹板40。这种变形伴随着α角度的减小，减至成品钢板桩腹板40与轧制平面的夹角α0。同样，钩爪/翼缘过渡部分30′和30″及连接部分32′和32″被矫直以便形成成品钢板桩的翼缘42′和42″，β角增至最终值β0。
请注意，根据本发明的轧制方法可以使用不同类型的异型坯。根据要轧制钢板桩的宽度，在轧制之前，有必要证实通过材料流动能够使异形坯的高度转变为所述型钢的宽度。
在上述例子中，本发明应用于带有LARSSEN形钩爪44′和44″的Z形截面钢板桩。然而它也可以应用来轧制带其它任何类型钩爪的Z型截面钢板桩。

Claims (11)

1、一种用半成品H型钢(10)轧制Z形钢板桩的方法，所述半成品H型钢包括一腹板(12)和四个翼缘端部，这些翼缘端部围绕着H形截面分别标注为A1、A2、A3和A4，所述方法包括下述步骤：
a)以半成品H型钢的腹板(12)平行一轧制平面(8)的方式将半成品H型钢引入轧机机组；
b)对所述半成品H型钢进行首期多个道次轧制以形成具有下述各部分的Z形钢板桩预成型坯
ⅰ)待成型Z形钢板桩的侧翼缘和钩爪(42′,44′,42″,
44″)的第一和第二粗轧雏形(24′,24″)；
ⅱ)倾斜于所述轧制平面(8)的中间部分(20)；
ⅲ)分别将所述中间部分(20)连接于侧翼缘和钩爪(42′,
44′,42″,44″)的所述第一和第二粗轧雏形(24′,24″)
的第一和第二翼缘/腹板过渡部分(22′,22″)，所述第
一和第二翼缘/腹板过渡部分(22′,22″)被轧平以便基
本上平行于所述轧制平面(8)；以及
c)对所述Z形钢板桩雏形进行二期多个道次轧制以形成带有一平面状腹板(40)、与所述腹板连接的两侧翼缘(42′,42″)以及所述两侧翼缘顶端的钩爪(44′,44″)的Z形钢板桩，其中所述平面状腹板(40)与轧制平面(8)成夹角α0，而所述两侧翼缘(42′,42″)分别与轧制平面(8)成夹角β0。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一和第二翼缘/腹板过渡部分(22′,22″)和所述中间部分(20)在所述二期多个道次轧制期间形成待轧制的最终平面状腹板(40)的曲线形雏形。
3、根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述二期多个道次轧制的最后各道次中，腹板的曲线形雏形(22′,20,22″)被轧平以形成钢板桩的最终平面状腹板(40)。
4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一和第二翼缘/腹板过渡部分(22′,22″)中的每一个成型得在一侧具有一基本上平行于所述轧制平面(8)的基本上平的表面(23′,23″)，而在另一侧具有一曲线形凹面(26′,26″)。
5、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述首期多个道次轧制期间，
来自翼缘端部A2和A4的材料的大部分形成所述翼缘/腹板过渡部分(22′,22″)，
来自翼缘端部A1和A3的材料形成两侧翼缘(42′,42″)的雏形和钩爪(44′,44″)的雏形，以及
所述中间部分(20)几乎全部由源于半成品H型钢(10)腹板(12)的材料形成。
6、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，连接两翼缘/腹板过渡部分(22′,22″)的中间部分(20)与轧制平面(8)成一夹角α，该角在所述二期多个道次轧制的最初各道次中逐渐增大至一最大值α(最大)且α(最大)＞α0，以及
在所述二期多个道次轧制的最后各道次中，α(最大)减至α0。
7、根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，在所述首期多个道次轧制的最初各道次中，所产生的主要作用是轧平翼缘端部A2和A4以及使翼缘端部A1和A3进一步横向分离。
8、根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，在所述二期多个道次轧制期间，Z形钢板桩侧翼缘和钩爪的所述第一和第二粗轧雏形(24′,24″)中的每一个首先成型为一个钩爪的雏形、基本上平行于轧制平面(8)的钩爪/翼缘过渡部分(30′,30″)、以及位于钩爪/翼缘过渡部分和翼缘/腹板过渡部分(22′,22″)之间的连接部分(32′,32″)。
9、根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述二期多个道次轧制趋于结束时，钩爪/翼缘过渡部分(30′,30″)和位于钩爪/翼缘过渡部分(30′,30″)与翼缘/腹板过渡部分(22′,22″)之间的连接部分(32′,32″)被轧平，以便形成与轧制平面之间形成β0夹角的平面状翼缘(42′,42″)。
10、根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在轧制出基本上平行于轧制平面(8)的钩爪/翼缘过渡部分(30′,30″)之后，沿垂直于轧制平面(8)的方向将一沟槽轧制成钩爪的雏形。
11、根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，在至少一个道次轧制之后，平行于轧制平面的翼缘/腹板过渡部分(22′,22″)的宽度总和在钢板桩腹板的最终宽度的15％和75％之间。
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