一種變截面U型鋼的控軋控冷與冷彎綜合成型方法與流程

本發明涉及鋼結構成型技術領域，具體是涉及一種變截面U型鋼的控軋控冷與冷彎綜合成型方法。

背景技術：

鋼結構施工中，如橋梁正交異性橋面板主要由橋面板、橫梁和U型鋼構成；如建筑主體框架結構，由鋼板、方形、U型及H型鋼組成；如冷彎U型鋼板樁通過冷彎過程中局部熱軋成彎鉤形狀，改變了傳統冷彎成型的彎鉤形狀，滿足工程施工避水要求，替代熱軋鋼板樁。

目前橋梁采用的U型鋼主要分為等截面U型鋼和變截面U型鋼，等截面U型鋼在近年來國內外出現不少關于疲勞病害的報道，造成鋼橋面板的疲勞壽命遠小于橋梁主體要求的設計使用年限。經驗表明，上述的等截面U型鋼中，鋼箱梁頂板與U型鋼焊縫處的裂縫數量多、危害大、修復困難，產生這種疲勞裂縫的原因：一是由于U型鋼為閉口結構，U型鋼只能從外側單面施焊，普遍采用75～85％的部分熔透焊，留下15～25％的未熔合部分，大約1～2mm，這1～2mm的未熔合部分本身形成一個天然的初始裂紋，成為疲勞裂縫源，在車輪荷載反復作用下，導致頂板與U型鋼焊縫處容易疲勞開裂；二是U型鋼的頂板焊縫部分與U型鋼非焊接部位相比其截面厚度減少1～2mm，截面積減小，造成連接處有一定偏心，該處偏心會導致附加彎矩形成應力集中，從而誘發裂縫。疲勞裂縫產生以后，將降低橋面板剛度并直接導致橋面鋪裝損壞，反過來鋪裝損壞也加劇橋面板的裂縫發展，加劇疲勞壽命的減少，國內很多鋼箱梁橋面鋪裝經常維修就是這個問題。變截面U型鋼增大了與橋面板的焊接面積，焊縫牢固可靠，提高了橋梁整體結構的穩定性。建筑主體框架結構的鋼板和變截面U型鋼的焊接焊縫增加焊接縱深，提高焊縫剛度；U型鋼底邊局部增加厚度，提高了鋼結構剛度。

技術實現要素：

本發明解決的技術問題是提供一種變截面U型鋼的控軋控冷與冷彎綜合成型方法，實現了設定位置的局部截面變形和冷彎成型同時完成，按照材料進行區別對待，根據其材質和組織性能設計加熱制度、軋制制度和冷卻制度。主要包括控軋控冷的低合金高強鋼，如橋梁結構鋼，建筑結構鋼,鋼材組織如鐵素體珠光體鋼或雙相鋼。

本發明的技術方案是：一種變截面U型鋼的控軋控冷與冷彎綜合成型方法，主要包括以下步驟：

1)縱剪鋼帶進入成型機架，所述鋼厚度范圍為4～16mm，實現鋼件的冷彎初變形；

2)進入加熱區域，實現控制加熱，加熱方式為超音頻感應加熱、可燃氣體加熱或者中頻感應加熱，加熱寬度為20～200mm，加熱長度為20～500mm；

3)進入控軋變形區，控制軋制定點改變斷面形狀，包括邊部厚度增加或減薄和形狀改變、斷面上設計位置局部厚度和形狀改變，控軋變截面和冷彎精成型是同機架完成或交叉機架完成，同步實現控軋變截面和冷彎精成型；

4)進入控制冷卻區，冷卻方式采用水冷、霧冷或空氣冷卻，實現材料組織性能；

5)進入精整定型區，包括采用孔型矯直、過彎加反彎精整定徑成型，確保精準形位公差，保證成品尺寸穩定。

實現了設定位置的局部截面變形和冷彎成型同時完成，并且是按照材料進行區別對待，根據其材質和組織性能設計加熱制度、軋制制度和冷卻制度。主要包括控軋控冷的低合金高強鋼，如橋梁結構鋼，建筑結構鋼，鋼材的組織如鐵素體珠光體鋼或雙相鋼。

進一步地，所述的一種變截面U型鋼的控軋控冷與冷彎綜合成型方法，主要包括以下步驟：

1)縱剪鋼帶通過夾送裝置進入成型機架，所述鋼厚度范圍為4-16mm，在常溫狀態下,經過一組縱向排列的軋輥，對縱剪鋼帶兩側進行彎折，使板料兩邊產生彎折角，并且，按板料的運動方向在后的裝輥裝置令彎折角逐漸增大，直至設定角度(30-50°)，使初步成型U型，實現鋼件的冷彎初變形；

2)進入加熱區域，實現控制加熱，加熱方式為超音頻感應加熱、可燃氣體加熱或者中頻感應加熱，加熱溫度在300～1050℃范圍，在加熱區域與軋制模具之間安裝保溫裝置，加熱寬度為20～200mm，加熱長度為20～500mm，加熱制度根據卷板和冷彎產品材質性能要求制定，卷板采用中頻感應加熱方式，冷彎產品采用超音頻感應加熱方式；

3)進入控軋變形區，實施控制軋制制度，控制軋制溫度，壓下量，變形制度，溫軋或熱軋實現邊部形狀變化，控制軋制定點改變斷面形狀，包括邊部厚度增加或減薄和形狀改變、斷面上設計位置局部厚度和形狀改變，同步實現控軋變截面和冷彎精成型(彎曲到設計角度60-90°)；

4)進入控制冷卻區，冷卻方式采用水冷、霧冷或空氣冷卻，冷卻速度為10℃/s～100℃/s，實現材料組織性能；

5)進入精整定型區，精整定型區為精整定徑區域，用平輥和側輥組成的定徑精整機，包括采用孔型矯直、過彎加反彎精整定徑成型，定徑量依據U型鋼各處彎曲半徑和壁厚的不同，在0.3～0.45mm范圍內定徑精整，公差可以控制在±0.25mm以內，確保精準形位公差，滿足使用精度要求。

進一步地，將最終制造出的變截面U型鋼用除銹清洗液清洗后保存。

更進一步地，所述除銹清洗液按質量百分比計，主要是由以下成分制備而成：碳酸鎳1-2％、硝酸錳1-2％、氯化亞錫1-3％、檸檬酸5-8％、甲基溶纖劑1-1.5、丁基溶纖劑1-1.5％、硫二甘醇0.3-0.5％、聚甘油0.2-0.6％、聚乙二醇2-6％、緩蝕劑0.05-0.12％、螯合劑0.01-0.03％、乳化劑0.2-0.3％、余量為蒸餾水。

更進一步地，所述緩蝕劑為巰基苯并噻唑。

更進一步地，所述螯合劑為乙二胺四乙酸三鈉或乙二胺四乙酸四鈉。

更進一步地，所述乳化劑為烷氧化環己烷二甲醇。

更進一步地，所述除銹清洗液的ph值為6.5-7.5，這樣不會損傷金屬結構的表面，當除銹的金屬結構和環境友好、速度快的除銹上形成。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

第一，本發明實現了U型鋼冷彎初變形、局部形狀改變、冷彎精成、變形區域控制冷卻、精整定徑的有機結合，實現了設定位置的冷彎過程的局部截面變形和冷彎成型的在線完成。

第二，本發明實現了冷彎過程鋼材在線控制加熱控制軋制控制冷卻，實現材料組織性能的可控。

第三，本發明制備成的變截面U行鋼用特制的除銹清洗劑清洗后保存，不僅可以快速去除鋼表面的銹，而且不會損傷金屬結構的表面，對環境也無害。

附圖說明

圖1是軋制和冷彎模具示意圖；

圖2是冷彎模具示意圖；

圖3是實施例1橋梁變截面U型鋼產品圖；

圖4是實施例2建筑鋼結構變截面U型鋼產品圖。

其中，1-軋制和冷彎模具，2-冷彎模具，3-橋梁變截面U型鋼，4-建筑鋼結構變截面U型鋼。

具體實施方式

實施例1

橋梁變截面U型鋼產品的控軋控冷與冷彎綜合成型方法，主要包括以下步驟：

1)縱剪鋼帶通過夾送裝置進入成型機架，所述鋼厚度范圍為8mm，在常溫狀態下,經過一組縱向排列的軋輥，對縱剪鋼帶兩側進行彎折，使板料兩邊產生彎折角，并且，按板料的運動方向在后的裝輥裝置令彎折角逐漸增大，直至40°，使初步成型U型，實現鋼件的冷彎初變形；

2)進入加熱區域，實現控制加熱，加熱方式為超音頻感應加熱，加熱溫度在300℃范圍，在加熱區域與軋制模具之間安裝保溫裝置，加熱寬度為50mm，加熱長度為200mm；

3)進入控軋變形區，實施控制軋制制度，控制軋制溫度，壓下量，變形制度，溫軋或熱軋實現邊部形狀變化，控制軋制定點改變斷面形狀，包括邊部厚度增加或減薄和形狀改變、斷面上設計位置局部厚度和形狀改變，同步實現控軋變截面和冷彎精成型，彎折角達到72°；

4)進入控制冷卻區，冷卻方式采用水冷、霧冷或空氣冷卻，冷卻速度為10℃/s，實現材料組織性能；

5)進入精整定型區，用平輥和側輥組成的定徑精整機，包括采用孔型矯直、過彎加反彎精整定徑成型，定徑量依據U型鋼各處彎曲半徑和壁厚的不同，在0.3mm范圍內定徑精整，公差可以控制在±0.25mm以內，確保精準形位公差，滿足使用精度要求；

6)將最終制造出的變截面U型鋼用除銹清洗液清洗后保存，所述除銹清洗液按質量百分比計，主要是由以下成分制備而成：碳酸鎳1％、硝酸錳1％、氯化亞錫1％、檸檬酸5％、甲基溶纖劑1％、丁基溶纖劑1％、硫二甘醇0.3％、聚甘油0.2％、聚乙二醇2％、巰基苯并噻唑0.05％、乙二胺四乙酸三鈉0.01％、烷氧化環己烷二甲醇0.2％、余量為蒸餾水，除銹清洗液的ph值為6.5，這樣不會損傷金屬結構的表面，當除銹的金屬結構和環境友好、速度快的除銹上形成。

實施例2

建筑鋼結構變截面U型鋼產品的控軋控冷與冷彎綜合成型方法，主要包括以下步驟：

1)縱剪鋼帶通過夾送裝置進入成型機架，所述鋼厚度范圍為8mm，在常溫狀態下,經過一組縱向排列的軋輥，對縱剪鋼帶兩側進行彎折，使板料兩邊產生彎折角，并且，按板料的運動方向在后的裝輥裝置令彎折角逐漸增大，直至50°，使初步成型U型，實現鋼件的冷彎初變形；

2)進入加熱區域，實現控制加熱，加熱方式為超音頻感應加熱、可燃氣體加熱或者中頻感應加熱，加熱溫度在1050℃范圍，在加熱區域與軋制模具之間安裝保溫裝置，加熱寬度為200mm，加熱長度為500mm；

3)進入控軋變形區，實施控制軋制制度，控制軋制溫度，壓下量，變形制度，溫軋或熱軋實現邊部形狀變化，控制軋制定點改變斷面形狀，包括邊部厚度增加或減薄和形狀改變、斷面上設計位置局部厚度和形狀改變，同步實現控軋變截面和冷彎精成型，彎折角達到90°；

4)進入控制冷卻區，冷卻方式采用水冷、霧冷或空氣冷卻，冷卻速度為60℃/s，實現材料組織性能；

5)進入精整定型區，用平輥和側輥組成的定徑精整機，包括采用孔型矯直、過彎加反彎精整定徑成型，定徑量依據U型鋼各處彎曲半徑和壁厚的不同，在0.45mm范圍內定徑精整，公差可以控制在±0.25mm以內，確保精準形位公差，滿足使用精度要求；

6)將最終制造出的變截面U型鋼用除銹清洗液清洗后保存，所述除銹清洗液按質量百分比計，主要是由以下成分制備而成：碳酸鎳2％、硝酸錳2％、氯化亞錫3％、檸檬酸8％、甲基溶纖劑1.5％、丁基溶纖劑1.5％、硫二甘醇0.5％、聚甘油0.6％、聚乙二醇6％、巰基苯并噻唑0.12％、乙二胺四乙酸四鈉0.03％、烷氧化環己烷二甲醇0.3％、余量為蒸餾水，除銹清洗液的ph值為6.5-7.5，這樣不會損傷金屬結構的表面，當除銹的金屬結構和環境友好、速度快的除銹上形成。

以上述依據本發明的理想實施例為啟示，通過上述的說明內容，相關工作人員完全可以在不偏離本項發明技術思想的范圍內，進行多樣的變更以及修改。本項發明的技術性范圍并不局限于說明書上的內容，必須要根據權利要求范圍來確定其技術性范圍。