冷彎型鋼的工藝特性和質量控制

1、 2 冷彎型鋼的工藝特性和質量控制2.1 分類及特點熱軋或冷軋的鋼板或鋼帶在常溫下經冷彎制成各種斷面形狀的經濟輕型鋼材。按斷面形狀有開口、半開口及閉口三類；按加工方法有沖壓、焊接及壓花等；按材料性質有碳素鋼、合金鋼及不銹鋼制品等。目前，在中國工程中使用的冷彎型鋼，其厚度一般為 1.55mm，常用規(guī)格有等邊角鋼(肢長 2575mm)、內卷邊角鋼(肢長 4075mm)、槽鋼(高 25250mm)、內卷邊槽鋼(高 60250mm)和卷邊 z 型鋼(高 100180mm)等。冷彎型鋼截面圖冷彎型鋼是一種經濟斷面型材，可根據設計使用需要直接加工成薄壁、形狀合理的復雜截面形狀，有熱軋工藝不能生產的多種輕質

2、、薄壁、斷面復雜、受力合理的產品品種，能提高構件的強度及剛度，具有合理利用材料強度、節(jié)約材料、明顯減輕結構自重的優(yōu)點，在同等負荷條件下，用于建筑結構可節(jié)約金屬用量 25%50%，用于鋼板樁可節(jié)約金屬用量 40%，一般能節(jié)約材料在 1560%之間。此外，產品一般斷面尺寸精確，平整度好，表面光潔，原材料來源廣闊，可與沖孔等工序結合進行，便于裝配，廣泛應用于建筑、汽車、農機、船舶、車輛、集裝箱、電力塔桅、公路護欄以及家具制造中。一般不檢驗材料力學性能，對成品的尺寸、彎曲等有規(guī)定指標。建筑業(yè)是主要使用部門之一，廣泛用于制作輕鋼結構、鋼門窗、內裝修的各種龍骨及建筑小五金件等。低合金鋼冷彎型比碳素結構鋼冷

3、彎型鋼有更高的強度和耐大氣腐蝕性，可根據需要選用。2.2 生產工藝及技術特性冷彎型鋼一般是以經過縱剪的熱軋或冷軋帶鋼為原料，在常溫下，用連續(xù)輥彎成型、拉拔彎曲成型、沖壓折彎成型等方法，最后得到各種斷面型材。其中輥彎成型工藝又是冷彎型鋼的主要加工方法，它是通過一組縱向排列的軋輥，將平整的原板逐漸變形，使之達到適合使用要求的形狀。冷彎型鋼軋制工藝按產品的不同分為開口型鋼生產工藝和閉口型鋼生產工藝兩種，其中開口型鋼生產工藝的相應的設備有：縱剪機組、對焊裝置、輥式成型冷彎機組、 剪切裝置或飛鋸。閉口型鋼生產工藝包括圓管和異型管，圓管工藝的相應設備有：縱剪機組、對焊裝置、冷彎成型和定徑機組、高頻焊接設備

4、、剪切裝置（飛鋸或飛剪等）。原材料卷板縱剪對接冷彎成型機冷彎或鋸切包裝入庫開口型鋼生產工藝流程對接 冷彎成型機原材料卷板縱剪高頻焊接板定徑機組質量檢驗板包裝入庫閉口型鋼（圓管）生產工藝流程輥壓成型原理目前冷彎型鋼的生產工藝有雙角一次拉伸彎曲成形、單角二次壓折彎曲成形、卷板輥壓彎曲成形和條料輥壓彎曲成 4 種，分別如圖（1）、（2）、（3）、（4）所示。四個圖中的（a）、（b）、（c）分別是型材在 5、45、90時的a、b、c 三點的受力及應變狀況，圖（d）是彎曲 r 處的變薄月牙唇。圖（1）圖（2） 圖（3）圖（4）雙角一次拉伸彎曲成形的特點是在拉伸過程中，變形過程按a、b、c 的順序進行，內

5、圈收縮；外圈伸長。單角二次壓折彎曲成形的一般特征為在壓折彎曲過程中，其彎曲始終是以b 點為中心逐漸向兩邊 a、c 對稱擴散。卷板輥壓彎曲成形的工藝流程是卷板開平、縱剪、收卷、二次開卷、接頭、打磨焊瘤、冷彎成形、校正、定尺切割、打磨毛刺，輥壓 r 按 a、b、c 順序進行。條料輥壓彎曲的工藝流程是卷板開平、剪切定尺、冷彎成形，工作原理同卷板輥壓彎曲成形，但在輥壓部位和順序作了改變，其輥彎順序是按c、b、a 進行的。冷彎型鋼常見成形工藝及其特點工藝類型工藝特點雙角一次拉伸彎曲成形優(yōu)點型材內槽寬度尺寸控制準確；定尺材料的料頭是平板，利用價值高。缺點成形長度受設備、工裝長度的限制；受摩擦力影響，需增加

6、潤滑和清冼工序；設備投資較大，凹模磨損較快，分段拼裝存在較大的公差；產品質量低，翼邊外側易拉傷，翼邊高度、開口寬度尺寸及位形誤差較大；彎曲r處的應力大，易造成裂痕；生產效率低，工藝成本高。優(yōu)點單角二次壓折彎曲成形使用方便，凹模通用，在特殊要求下，只需調換上模；由于v型壓彎，單邊成形角為45，且摩擦只發(fā)生在凹?？趓處，不需潤滑；定尺料頭是平板，利用價值高。缺點成形長度易受設備、工裝的限制；產品質量差，其位形、尺寸誤差較大；應力過于集中，極易造成裂痕；生產效率低。卷板輥壓彎曲成形優(yōu)點型材長度不受設備、工裝的限制；產品質量較穩(wěn)定，其位形、尺寸公差容易達到國標；彎曲r處的變薄系數較小，緩減應力集中量高

7、；生產效率高。缺點工序多、投資大、耗能高；增添水、噪聲、火 花、粉塵污染，有害人體健康；有工藝損失，輔助工、料多，工藝成本高；型材定尺的首尾料頭價值低；接頭鄰近的型材翼邊高度公差大。優(yōu)點條料輥壓彎曲成形型材長度不受設備、工裝的限制；工序少、投資小、耗能低；工藝穩(wěn)定性強，成品率100%，質量水平高，有些指標超國標；應力小，能有效防止裂痕；無公害污染，無工藝損失，無輔助工、料；平板定尺料頭利用價值高；生產效率高，工藝成本低。缺點換型調模復雜，需進一步改進。冷彎型鋼行業(yè)對生產工藝的要求很高，復雜的生產工藝形成了天然的技術壁壘。冷彎型鋼的生產一般存在以下技術難題：變形程度、變形速度的不同會對冷彎材料性

8、能產生較大的影響，采用何種生產工藝控制適度的變形程度和變形速度是很多小企業(yè)難以解決的問題；冷彎型鋼行業(yè)工藝復雜性體現在如何解決厚壁高強度產品的角部微裂紋問題。v 形角、彈變量、焊接速度、頻率對冷彎型鋼產品的性能存在較大影響。輥彎成型按傳統(tǒng)工藝有單張、成卷、連續(xù)和聯(lián)合加工等。冷彎型鋼的傳統(tǒng)工藝存在的問題：換輥次數頻繁、勞動強度大、4 個 r 弧不對稱等缺陷；厚薄不均的原材料通過上下輥之間的變形間隙時,不均衡的變形力對管材造成局部加工硬化現象 ,并對設備造成硬性損壞；變形過程為“硬性”成型，加工硬化現象易生成危險截面，存在影響產品質量的不安全因素。1、機架結構簡單、調整方便。2、節(jié)約輥片費用，減少

9、換輥時間；3、可生產直徑與壁厚比值極大的產品；4、不適合生產太小直徑管材1、生產不同規(guī)格型材時，不用換輥，節(jié)省了輥片費用，減少了換輥時間，簡化了調整工序，同時也節(jié)約了備輥數量；2、軋機維護和軋輥加工較復雜，排輥成型生產厚壁管時，軋機剛度不足。世界先進的柔性萬能成型工藝技術，如上表，奧鋼聯(lián)的成型輥集中調節(jié)技術（cat）和 帶有插入式立輥成型技術、日本中田制作所的柔性輥彎成型技術（ff）和排輥成型技術（cbr）、日本日新制鋼公司的無輥自然成型技術、日本東洋特殊鋼業(yè)株式會社的輥擠壓和輥拉拔成型技術等，冷彎型鋼的成型過程幾乎達到了完美無缺的境地，很好地保證了原材料帶鋼的自然、均衡變形，使帶鋼的兩個邊緣

10、完美地對接在一起，保證了焊接質量；因是柔性成型，對原材料的力學性能不會造成影響，保證了產品的后續(xù)使用性能，是世界上冷彎型鋼成型工藝的未來發(fā)展方向。2.3 質量控制資源和能力是企業(yè)發(fā)展的永遠瓶頸，質量和成本始終是加工產品的對立矛盾。質量的提高往往是以人力、物力、財力、技術、信息、管理等方面的質量成本的追加為前提，過高的質量成本會是一種機會成本，造成了企業(yè)資源的浪費。一般認為高質量產品是一種能以最低成本滿足顧客需要，即最少的浪費和最高的一致性的產品。要衡量質量水平就要確認這兩種標準達到的程度。企業(yè)產品質量控制的最終目的是實現“用最經濟的手段，制造出市場最有用的產品”的目標。一般普遍認為：(1)產品

11、質量水平的確定應以顧客滿意為依據；(2) 限制質量冗余以降低質量成本；(3)實現質量在產品生命周期內的合理化。冷彎型鋼的缺陷可分為下列三類:外觀缺陷、幾何尺寸超出允許公差和機械性能不符合要求。前兩類缺陷一般與成型工藝有關，而第三類缺陷則主要與坯料材質有關。所以冷彎型鋼的質量控制應該從企業(yè)內部和企業(yè)之間兩個方面來考慮。2.3.1 外延的質量控制在社會化大分工的背景下，質量已不是由一家企業(yè)來單獨完成的，而是由產業(yè)鏈上的各個組織成員共同協(xié)作完成。鏈條上的每一個環(huán)節(jié)出現問題，都會直接影響到產品的質量。我們都知道原輔料的質量的優(yōu)劣對企業(yè)產品質量的控制來說至關重要，但是售后服務也同樣至關重要。只有把質量控

12、制范圍外延到企業(yè)供應和銷售的外延，才能真正的做好質量控制。對冷彎型鋼的生產來說，來料質量的控制關系到冷彎型鋼的工藝性能及使用性能，售后服務的跟進才能確保其性能優(yōu)勢的充分發(fā)揮。2.3.1.1 確保原輔材料的質量一般來說大多數企業(yè)都是產業(yè)鏈中的一個環(huán)節(jié)，既是供應商，也擁有自己的供應商。一個企業(yè)的產品質量的好壞在很大程度上要依賴于供應商提供的原材料的質量的優(yōu)劣。企業(yè)所需各種原輔材料對本企業(yè)產品質量形成有著重大影響，沒有優(yōu)質穩(wěn)定的原輔材料供應鏈，就不可能長期生產出用戶滿意的產品?？梢哉f，管理供應商是每個企業(yè)都需要思考的問題。事實上，在目前市場經濟逐步深入、產品競爭日益激烈、供應渠道逐漸趨于多樣化、客戶

13、需求愈加苛刻化的情況下，無論是來自法規(guī)的要求還是來自市場的壓力、質量管理的需求，現在企業(yè)對向從源頭控制質量越來越重視。因此，對于原輔料的各個供應方，質量主管部門要先行介入，做出詳盡的考察、了解、過濾、甄別，在實行招標確定其供貨資格之后，企業(yè)就應當將自身的質量控制體系對其加以覆蓋。主要做法就是向對方提供本企業(yè)的原輔材料驗收標準、過程質量控制手冊等，還要索取對方的質保體系文件、質量控制方式方法等，做到心中有數。同時為了及時獲取供應方相 關信息，特別是有關原輔材料質量波動情況，企業(yè)應主動在各個供應方聘請質量信息員，建立定期或不定期走訪制度，做到早發(fā)現問題早采取對策，以確保供應鏈不出現斷裂，供應不出現

14、斷檔，實施嚴格的動態(tài)管理，從而避免影響本企業(yè)產品質量。這樣在掌握了這些原輔料的各種實時相關數據，在此基礎上，結合自身企業(yè)的生產條件制定合理的工藝，我們在生產時才能做到“知己知彼，百戰(zhàn)不殆”。對于鋼鐵企業(yè)來說，重要的原材料無疑是鐵礦石。鐵礦石的優(yōu)劣直接影響了質量控制的難易程度和產品質量的好壞。把好鐵礦石這個質量控制的第一個大門，才能確保后面工序的順利進行。2.3.1.2 做好產品的售后服務在市場激烈競爭的今天，隨著消費者維權意識的提高和消費觀念的變化，消費者們不再只關注產品本身，在同類產品的質量與性能都相似的情況下，更愿意選擇這些擁有優(yōu)質售后服務的公司，售后服務已經成為了企業(yè)保持或擴大市場份額的

15、要件。企業(yè)要堅決改變以往產品一出廠就萬事大吉的做法，要注重售后服務。因為用戶的知識水平和應用技術參差不齊，所以企業(yè)要通過自身的質量管理體系將其納入覆蓋對象，經常上門進行指導，講解產品性能，優(yōu)化使用效果，實現產品的最佳功能。要以用戶對產品的認可和滿意，檢驗企業(yè)質量體系成敗與否。冷彎型鋼廣泛應用于各行各業(yè)，這對冷彎型鋼生產廠商要對不同行業(yè)的客戶要做好售后服務。即使運用于同一個個行業(yè)，每個客戶的基礎條件和能力也不盡相同。生產廠商需要組建一個優(yōu)秀的售后服務團隊，經常性上門指導，讓客戶了解產品的性能和使用要求、注意事項，從而實現產品的最佳服役性能。同時實時把握客戶的需求和意見，并以此及時調整產品的生產工

16、藝，生產出滿足客戶所需要質量的產品。2.3.2 企業(yè)內部的質量控制在產品的質量控制中，生產與檢驗原材料與產品的具體工序的質量控制是其中的主體和關鍵。工序質量控制就是對影響工序質量水平的因素進行分析、控制和管理的過程，也就是指人員、機器設備、材料、方法、環(huán)境條件、測量手段等六大質量因素(通常簡稱smie),對產品質量發(fā)揮綜合影響的過程。工序的控制主要包括四個方面：對生產條件的控制；對關鍵工序的控制；對計量和測試條件的控制；對不良品的控制。冷彎型鋼的產品質量包括單個產品質量和批量產品質量兩個方面，批量產品的質量控制更為重要，但批量產品質量的優(yōu)劣又是建立在單個產品質量的基礎之上，本文就是從單個產品質

17、量問題入手開展對冷彎型鋼產品質量控制， 2.3.2.1 輥彎成型質量問題簡析設備能力成分初始性能指標精確控制材料基礎成分優(yōu)化設計軋材的組織性能控制示意圖輥彎成型過程可描述為：開卷后，板帶以一初速度向輥縫運動，而上下成型輥以恒定的轉速旋轉，將板帶咬入成型輥，板帶進入輥縫后，靠成型輥旋轉在板帶上產生的摩擦力使板帶繼續(xù)沿縱向運動，成型輥同時對板帶施加橫向力，使板帶產生較大的橫向變形，經成型輥橫向力多道次的作用，板帶的橫向變形逐漸加大，直至完成整個成型過程。隨著進入成型輥的次數的增加，平面鋼板逐漸變?yōu)椴垆摗Ｔ谳亸澇尚瓦^程中，橫向彎曲變形是板帶最重要的、必不可少的變形。由于板帶在成形之前經歷多道復雜的工

18、序，各種其它形式的變形會附加在板帶的橫向彎曲變形上，這些變形的不均勻將會導致縱向彎曲及回彈、縱向拉伸及壓縮、橫向拉伸及壓縮、金屬表面方向剪切、金屬厚度方向剪切等，因為這些變形并不需要，故統(tǒng)稱之為冗余變形。被附加于橫向彎曲變形的冗余變形對產品的橫截面和外形都有顯著的影響，產品在工藝過程中產生的質量問題大多與冗余變形有關，所以通過限制冗余變形可以有效保證產品質量的穩(wěn)定性。冷彎型鋼的缺陷可分為下列三類:外觀缺陷、幾何尺寸超出允許公差和機械性能不符合要求。外觀缺陷包括:型鋼整根或局部偏扭，縱向彎曲，橫向彎曲，端部斷面形狀畸變，波紋扭曲，邊緣皺紋，麻點，直線段不平，揉皺，折彎，端部凹痕，裂紋，劃痕，壓痕

19、，起鱗，刮線等。幾何尺寸超出允許公差包括:斷面各部分尺寸，彎曲角度和長度不符合要求，彎曲部位壁厚減薄等。機械性能不符合要求：屈服強度、抗拉強度等不合符要求。坯料表面質量差，尺寸不準確，成型機調整不當，工作輥，立輥及導衛(wèi)裝置磨損增大等，均可使成品型鋼產生缺陷。 輥彎成型產品常見缺陷圖(1-縱向彎曲；2-偏扭；3-邊緣波；4-破裂；5-袋形波；6-圓角皺折；7-橫截面展開；8-回彈)2.3.2.2 控制質量問題措施（1）化學成分設計優(yōu)化及控制。一般來說成分決定組織，組織決定性能。鋼鐵材料的化學成分對鋼鐵材料的各種性能都至關重要。冷彎型鋼的產品最終是在常溫下經冷彎制成各種斷面形狀直接成形，化學成分及

20、夾雜的組成、相貌及分布對其最終的成型性能至關重要。為了減少后面變形的不均勻，我們在設計成分時，成分盡量使原坯料的組織趨于均勻，除特許的化學元素外，盡量減少雜質的含量，使鋼鐵材料盡可能的純凈化。當檢測分析坯料的成分不符合要求時，應當采取一定的措施處理，是其符合要求，特殊情況下可直接重熔，不讓其通過下一道工序，每一次的成分及夾雜的檢測一定要及時迅速反應到現場，對于冷彎型鋼來說，化學成分及夾雜的檢測也要保證足夠高的精度。（2）不良產品的處理。實際生產中，質量不合格的產品是不可避免的，當出現某一個或某一批次產品質量不合格時，我們應該怎么做？冷彎型鋼的成型工藝比普通鋼材的成型工藝更為復雜，更容易出現質量

21、問題，質量的不穩(wěn)定情況也更容易出現。出現問題時，我們不能簡簡單單的把其扔在一邊當廢料處理，而是應該去探究其原因，尋求其解決措施。產品質量所涉及諸多因素，如產品的原料、工藝方法、工藝條件、操作者的行為、設備運行等，各個因素錯綜復雜，出現問題我們要去找出問題的根源。偶然的質量問題一般與操作者的行為及設備的運行情況有關，可以先從這兩方面入手，然后一一展開。發(fā)現問題，要及時處理。對于不合格產品也要去尋找處理辦法，能處理后進入下一道工序的盡量處理，以節(jié)約成本。（3）做好記錄，建立盡可能完善的質量事故樹分析圖。把自己企業(yè)或則能夠接觸到的每一個的質量問題及其原因和解決措施都要做好統(tǒng)計，出現問題時，方便我們查

22、閱，快速處理問題。把產品的常見缺陷的原因、預防措施、解決辦法等做好總結，建立某種關系的質量關系圖，如因果關系等。同時，企業(yè)要安排好統(tǒng)計記錄人員的交接，確保檔案不會由于個人的離職或其他原因而消失。這樣，不僅有利于解決問題，而且可以為新產品的開發(fā)提供依據。 縱向彎曲事故樹分析圖符號與事件的對應關系符號x3xxxxxxx14567892切斷刀具失效切斷時間不足軸承徑向調整誤差大軋輥撓度變化不均勻輥軸撓度過大3451x滾動體破損210（4）有目的有計劃的控制軋制和控制冷卻?？刂栖堉票粡V義地解釋為對從軋前的加熱到最終軋制道次結束為止的整個軋制過程實行最佳控制，是一種用預定的程序來控制熱軋鋼的變形溫度、壓

23、下量、變形道次、變形間隙和終軋后冷卻速度的軋制工藝，把鋼的形變再結晶和相變效果聯(lián)系起來，以細化晶粒為主，充分挖掘鋼材的潛在能力，大大提高鋼材的強度和韌性，使熱軋狀態(tài)鋼材具有優(yōu)異的低溫韌性和高強度。其核心是對奧氏體硬化狀態(tài)的控制?？刂评鋮s是利用相變強化以提高鋼材的強度。通過控制冷卻能夠在不降低韌性的前提下進一步提高鋼的強度。控制冷卻的核心是對處于硬化狀態(tài)的奧氏體相變過程進行控制，是通過控制熱軋鋼材軋后冷卻條件來控制奧氏體組織狀態(tài)、相變條件、碳化物析出行為、相變后鋼的組織和性能?？剀埡涂乩涞慕Y合，能充分發(fā)揮熱軋鋼材的強化效果，進一步提高生產冷彎型鋼的坯料的綜合力學性能。（5）裂紋修復理論的應用。新

24、的研究發(fā)現，裂紋的形核、擴展、微裂紋集合直至斷裂并不是一個不可逆的過程，任何成分與結構不均勻的材料，在熱力學許可條件下，都將趨于均勻化。金屬構件都帶有不同程度以及形式的初始裂紋投入使用，這些裂紋將會在服役環(huán)境下不斷演化，形成宏觀裂紋，直至斷裂，這個演化過程一般占金屬構件使用壽命的80%左右。裂紋（含缺陷與夾雜），直接關系到產品的使用性能。國內外許多專家對金屬材料內部裂紋的修復這個研究領域開展了研究。如果在金屬成型過程中對表面和內部的裂紋進行有效控制，我們將可以獲得優(yōu)質、長壽鋼材；如果在使用過程中，有意識的修復處理與保養(yǎng)，無疑會大大延長金屬構件的壽命，報廢零件有可能經過適當的處理還能繼續(xù)投入使用，節(jié)約資源和能源，有利于可持續(xù)發(fā)展的實現。金屬材料內部裂紋可在一定條件下（如加熱、外加脈沖電流 等），通過某種機制而得以愈合，內部裂紋愈合現象的發(fā)現，具有十分重要的意義，應用前景闊。（6）把計算機模擬引入冷彎型鋼的成型。由于冷彎成形技術的相關資料比較少，工程技術人員經常利用試錯法解決工程問題，所以冷