一种变截面U型钢的控轧控冷与冷弯综合成型方法与流程

本发明涉及钢结构成型技术领域，具体是涉及一种变截面U型钢的控轧控冷与冷弯综合成型方法。

背景技术：

钢结构施工中，如桥梁正交异性桥面板主要由桥面板、横梁和U型钢构成；如建筑主体框架结构，由钢板、方形、U型及H型钢组成；如冷弯U型钢板桩通过冷弯过程中局部热轧成弯钩形状，改变了传统冷弯成型的弯钩形状，满足工程施工避水要求，替代热轧钢板桩。

目前桥梁采用的U型钢主要分为等截面U型钢和变截面U型钢，等截面U型钢在近年来国内外出现不少关于疲劳病害的报道，造成钢桥面板的疲劳寿命远小于桥梁主体要求的设计使用年限。经验表明，上述的等截面U型钢中，钢箱梁顶板与U型钢焊缝处的裂缝数量多、危害大、修复困难，产生这种疲劳裂缝的原因：一是由于U型钢为闭口结构，U型钢只能从外侧单面施焊，普遍采用75～85％的部分熔透焊，留下15～25％的未熔合部分，大约1～2mm，这1～2mm的未熔合部分本身形成一个天然的初始裂纹，成为疲劳裂缝源，在车轮荷载反复作用下，导致顶板与U型钢焊缝处容易疲劳开裂；二是U型钢的顶板焊缝部分与U型钢非焊接部位相比其截面厚度减少1～2mm，截面积减小，造成连接处有一定偏心，该处偏心会导致附加弯矩形成应力集中，从而诱发裂缝。疲劳裂缝产生以后，将降低桥面板刚度并直接导致桥面铺装损坏，反过来铺装损坏也加剧桥面板的裂缝发展，加剧疲劳寿命的减少，国内很多钢箱梁桥面铺装经常维修就是这个问题。变截面U型钢增大了与桥面板的焊接面积，焊缝牢固可靠，提高了桥梁整体结构的稳定性。建筑主体框架结构的钢板和变截面U型钢的焊接焊缝增加焊接纵深，提高焊缝刚度；U型钢底边局部增加厚度，提高了钢结构刚度。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是提供一种变截面U型钢的控轧控冷与冷弯综合成型方法，实现了设定位置的局部截面变形和冷弯成型同时完成，按照材料进行区别对待，根据其材质和组织性能设计加热制度、轧制制度和冷却制度。主要包括控轧控冷的低合金高强钢，如桥梁结构钢，建筑结构钢,钢材组织如铁素体珠光体钢或双相钢。

本发明的技术方案是：一种变截面U型钢的控轧控冷与冷弯综合成型方法，主要包括以下步骤：

1)纵剪钢带进入成型机架，所述钢厚度范围为4～16mm，实现钢件的冷弯初变形；

2)进入加热区域，实现控制加热，加热方式为超音频感应加热、可燃气体加热或者中频感应加热，加热宽度为20～200mm，加热长度为20～500mm；

3)进入控轧变形区，控制轧制定点改变断面形状，包括边部厚度增加或减薄和形状改变、断面上设计位置局部厚度和形状改变，控轧变截面和冷弯精成型是同机架完成或交叉机架完成，同步实现控轧变截面和冷弯精成型；

4)进入控制冷却区，冷却方式采用水冷、雾冷或空气冷却，实现材料组织性能；

5)进入精整定型区，包括采用孔型矫直、过弯加反弯精整定径成型，确保精准形位公差，保证成品尺寸稳定。

实现了设定位置的局部截面变形和冷弯成型同时完成，并且是按照材料进行区别对待，根据其材质和组织性能设计加热制度、轧制制度和冷却制度。主要包括控轧控冷的低合金高强钢，如桥梁结构钢，建筑结构钢，钢材的组织如铁素体珠光体钢或双相钢。

进一步地，所述的一种变截面U型钢的控轧控冷与冷弯综合成型方法，主要包括以下步骤：

1)纵剪钢带通过夹送装置进入成型机架，所述钢厚度范围为4-16mm，在常温状态下,经过一组纵向排列的轧辊，对纵剪钢带两侧进行弯折，使板料两边产生弯折角，并且，按板料的运动方向在后的装辊装置令弯折角逐渐增大，直至设定角度(30-50°)，使初步成型U型，实现钢件的冷弯初变形；

2)进入加热区域，实现控制加热，加热方式为超音频感应加热、可燃气体加热或者中频感应加热，加热温度在300～1050℃范围，在加热区域与轧制模具之间安装保温装置，加热宽度为20～200mm，加热长度为20～500mm，加热制度根据卷板和冷弯产品材质性能要求制定，卷板采用中频感应加热方式，冷弯产品采用超音频感应加热方式；

3)进入控轧变形区，实施控制轧制制度，控制轧制温度，压下量，变形制度，温轧或热轧实现边部形状变化，控制轧制定点改变断面形状，包括边部厚度增加或减薄和形状改变、断面上设计位置局部厚度和形状改变，同步实现控轧变截面和冷弯精成型(弯曲到设计角度60-90°)；

4)进入控制冷却区，冷却方式采用水冷、雾冷或空气冷却，冷却速度为10℃/s～100℃/s，实现材料组织性能；

5)进入精整定型区，精整定型区为精整定径区域，用平辊和侧辊组成的定径精整机，包括采用孔型矫直、过弯加反弯精整定径成型，定径量依据U型钢各处弯曲半径和壁厚的不同，在0.3～0.45mm范围内定径精整，公差可以控制在±0.25mm以内，确保精准形位公差，满足使用精度要求。

进一步地，将最终制造出的变截面U型钢用除锈清洗液清洗后保存。

更进一步地，所述除锈清洗液按质量百分比计，主要是由以下成分制备而成：碳酸镍1-2％、硝酸锰1-2％、氯化亚锡1-3％、柠檬酸5-8％、甲基溶纤剂1-1.5、丁基溶纤剂1-1.5％、硫二甘醇0.3-0.5％、聚甘油0.2-0.6％、聚乙二醇2-6％、缓蚀剂0.05-0.12％、螯合剂0.01-0.03％、乳化剂0.2-0.3％、余量为蒸馏水。

更进一步地，所述缓蚀剂为巯基苯并噻唑。

更进一步地，所述螯合剂为乙二胺四乙酸三钠或乙二胺四乙酸四钠。

更进一步地，所述乳化剂为烷氧化环己烷二甲醇。

更进一步地，所述除锈清洗液的ph值为6.5-7.5，这样不会损伤金属结构的表面，当除锈的金属结构和环境友好、速度快的除锈上形成。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

第一，本发明实现了U型钢冷弯初变形、局部形状改变、冷弯精成、变形区域控制冷却、精整定径的有机结合，实现了设定位置的冷弯过程的局部截面变形和冷弯成型的在线完成。

第二，本发明实现了冷弯过程钢材在线控制加热控制轧制控制冷却，实现材料组织性能的可控。

第三，本发明制备成的变截面U行钢用特制的除锈清洗剂清洗后保存，不仅可以快速去除钢表面的锈，而且不会损伤金属结构的表面，对环境也无害。

附图说明

图1是轧制和冷弯模具示意图；

图2是冷弯模具示意图；

图3是实施例1桥梁变截面U型钢产品图；

图4是实施例2建筑钢结构变截面U型钢产品图。

其中，1-轧制和冷弯模具，2-冷弯模具，3-桥梁变截面U型钢，4-建筑钢结构变截面U型钢。

具体实施方式

实施例1

桥梁变截面U型钢产品的控轧控冷与冷弯综合成型方法，主要包括以下步骤：

1)纵剪钢带通过夹送装置进入成型机架，所述钢厚度范围为8mm，在常温状态下,经过一组纵向排列的轧辊，对纵剪钢带两侧进行弯折，使板料两边产生弯折角，并且，按板料的运动方向在后的装辊装置令弯折角逐渐增大，直至40°，使初步成型U型，实现钢件的冷弯初变形；

2)进入加热区域，实现控制加热，加热方式为超音频感应加热，加热温度在300℃范围，在加热区域与轧制模具之间安装保温装置，加热宽度为50mm，加热长度为200mm；

3)进入控轧变形区，实施控制轧制制度，控制轧制温度，压下量，变形制度，温轧或热轧实现边部形状变化，控制轧制定点改变断面形状，包括边部厚度增加或减薄和形状改变、断面上设计位置局部厚度和形状改变，同步实现控轧变截面和冷弯精成型，弯折角达到72°；

4)进入控制冷却区，冷却方式采用水冷、雾冷或空气冷却，冷却速度为10℃/s，实现材料组织性能；

5)进入精整定型区，用平辊和侧辊组成的定径精整机，包括采用孔型矫直、过弯加反弯精整定径成型，定径量依据U型钢各处弯曲半径和壁厚的不同，在0.3mm范围内定径精整，公差可以控制在±0.25mm以内，确保精准形位公差，满足使用精度要求；

6)将最终制造出的变截面U型钢用除锈清洗液清洗后保存，所述除锈清洗液按质量百分比计，主要是由以下成分制备而成：碳酸镍1％、硝酸锰1％、氯化亚锡1％、柠檬酸5％、甲基溶纤剂1％、丁基溶纤剂1％、硫二甘醇0.3％、聚甘油0.2％、聚乙二醇2％、巯基苯并噻唑0.05％、乙二胺四乙酸三钠0.01％、烷氧化环己烷二甲醇0.2％、余量为蒸馏水，除锈清洗液的ph值为6.5，这样不会损伤金属结构的表面，当除锈的金属结构和环境友好、速度快的除锈上形成。

实施例2

建筑钢结构变截面U型钢产品的控轧控冷与冷弯综合成型方法，主要包括以下步骤：

1)纵剪钢带通过夹送装置进入成型机架，所述钢厚度范围为8mm，在常温状态下,经过一组纵向排列的轧辊，对纵剪钢带两侧进行弯折，使板料两边产生弯折角，并且，按板料的运动方向在后的装辊装置令弯折角逐渐增大，直至50°，使初步成型U型，实现钢件的冷弯初变形；

2)进入加热区域，实现控制加热，加热方式为超音频感应加热、可燃气体加热或者中频感应加热，加热温度在1050℃范围，在加热区域与轧制模具之间安装保温装置，加热宽度为200mm，加热长度为500mm；

3)进入控轧变形区，实施控制轧制制度，控制轧制温度，压下量，变形制度，温轧或热轧实现边部形状变化，控制轧制定点改变断面形状，包括边部厚度增加或减薄和形状改变、断面上设计位置局部厚度和形状改变，同步实现控轧变截面和冷弯精成型，弯折角达到90°；

4)进入控制冷却区，冷却方式采用水冷、雾冷或空气冷却，冷却速度为60℃/s，实现材料组织性能；

5)进入精整定型区，用平辊和侧辊组成的定径精整机，包括采用孔型矫直、过弯加反弯精整定径成型，定径量依据U型钢各处弯曲半径和壁厚的不同，在0.45mm范围内定径精整，公差可以控制在±0.25mm以内，确保精准形位公差，满足使用精度要求；

6)将最终制造出的变截面U型钢用除锈清洗液清洗后保存，所述除锈清洗液按质量百分比计，主要是由以下成分制备而成：碳酸镍2％、硝酸锰2％、氯化亚锡3％、柠檬酸8％、甲基溶纤剂1.5％、丁基溶纤剂1.5％、硫二甘醇0.5％、聚甘油0.6％、聚乙二醇6％、巯基苯并噻唑0.12％、乙二胺四乙酸四钠0.03％、烷氧化环己烷二甲醇0.3％、余量为蒸馏水，除锈清洗液的ph值为6.5-7.5，这样不会损伤金属结构的表面，当除锈的金属结构和环境友好、速度快的除锈上形成。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。