一种高强度角钢的高效生产工艺及其成型制备方法与流程

本发明属于金属型材热轧成型加工，具体涉及一种高强度角钢的高效生产工艺及其成型制备方法，适用于各类等边角钢、不等边角钢的工业化连续热轧生产、冷却定型与精整加工，属于钢铁型材精细化制造与高效生产。

背景技术：

1、角钢作为钢结构建筑、机械制造、电力塔架、桥梁工程、轨道交通领域的核心基础型材，凭借结构稳定性强、承载性能优异、装配便捷的特点，被广泛应用于各类工业与民用建筑工程中。随着我国钢结构行业向高精度、高强度、长寿命、规模化生产方向快速发展，市场对角钢产品的尺寸精度、表面质量、力学性能一致性、组织均匀性及生产效率提出了更高的技术要求。

2、目前国内传统角钢工业化生产工艺普遍采用“原料加热-连续轧制-定尺切断-自然风冷/常规冷床冷却-矫直精整”的常规生产流程，整体生产工序布局分散、工序衔接匹配性差，存在明显的技术短板与生产缺陷。首先，传统生产工艺的加热工序多采用恒温加热模式，钢坯升温过程无分段梯度控制，导致钢坯表层与芯部升温速率差异过大，坯料内部温度梯度不均，轧制后型材内部存在初始残余应力，为后续形变缺陷埋下隐患。其次，传统轧制工艺张力控制稳定性差，机架间张力波动幅度大，极易造成角钢截面尺寸偏差、翼缘不对称、腹板厚薄不均等成型缺陷，降低产品尺寸精度。

3、最为核心的技术缺陷集中于冷床冷却工序，传统冷床采用全域统一风量、统一输送速度的粗放式冷却模式，未针对角钢高温、中温、低温不同降温阶段的金相组织演变规律与散热特性进行差异化参数调控。角钢轧制切断后温度普遍处于900℃以上的高温状态，传统冷却方式无法匹配不同温度区间的散热需求，高温阶段冷却速率过慢会导致晶粒粗大、型材强度下降，中温阶段温度场不均会引发角钢翼缘、腹板收缩速率不一致，进而产生弯曲、扭曲、翘曲等形变问题，低温阶段快速降温会造成内部残余应力集中，导致成品角钢力学性能离散度大、批次一致性差，后续矫直工序无法彻底消除内部应力，产品长期使用过程中易出现形变失效、承载能力下降等问题。

4、同时，传统生产工艺各工序生产节拍独立调控，加热、轧制、冷却、矫直工序衔接滞后，存在大量待机冗余时间，整体生产周期冗长，生产效率偏低。常规技术改进多集中于单一轧制设备或矫直设备的优化，未对全工序尤其是冷床核心冷却流程进行系统性集成优化，改进效果有限，且多数改进方案需要新增大型生产设备，设备投入与改造成本较高，工业化落地性价比低。

5、此外，现有角钢生产工艺缺乏智能化动态调控机制，冷却风量、输送速度均采用固定参数设置，无法根据角钢实时温度状态、规格尺寸、形变趋势进行自适应调整，难以适配不同型号角钢的生产需求，产品合格率与生产稳定性难以提升。基于上述传统技术的诸多缺陷，亟需研发一种全工序优化、冷床系统集成改造、智能化精准调控、低成本、高效率的高强度角钢生产工艺，解决传统流程形变严重、性能不均、效率低下的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有传统角钢生产工艺存在的流程冗长、冷却不均、型材形变量大、残余应力集中、力学性能一致性差、工序节拍匹配度低、生产效率低、改造成本高的技术缺陷，提供一种高强度角钢的高效生产工艺及其成型制备方法。本发明通过原料精准选型、分段阶梯加热、恒张力精准轧制、定尺精准切断、冷床分段控温冷却、动态风量自适应调节、同步步进输送及智能化模型实时调控的全工序集成优化设计，从原料基础、成型过程、冷却定型、精整收尾全流程解决传统技术弊端，在不显著增加设备投入的前提下，细化型材金相组织、消除形变缺陷、统一力学性能、缩短生产周期，实现角钢高质量、高效率、低成本工业化连续生产。

2、为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明提供一种高强度角钢的高效生产工艺及其成型制备方法，包括：

4、s1，原料甄选与预处理；

5、s2，对经过所述预处理的所述原料进行分段阶梯式加热处理；

6、s3，对经过所述分段阶梯式加热处理的原料进行连续恒张力精准轧制；

7、s4，对经过所述连续恒张力精准轧制的原料进行定尺精准切断处理；

8、s5，对经过所述定尺精准切断处理的原料进行冷床集成优化式分段控温冷却；其中，所述s5中采用分段梯度控温冷却模式，将角钢冷却过程划分为高温快速降温段、中温均温稳压段和低温定型缓冷段三个阶段，从而实现不同温度区间的差异化冷却速率控制；其中，所述冷床集成优化式分段控温冷却配合同步步进式输送与动态风量自适应调节，包括：基于ai动态风量计算模型与ai形变预判调速模型，实时匹配角钢规格与冷却状态并自适应调节输送参数与通风参数；

9、s6，对完成所述冷床集成优化式分段控温冷却的材料进行后续矫直、精整与入库；

10、优选的，所述s1原料甄选与预处理具体包括：选用q235b、q355b碳素结构钢连铸坯作为生产原料，原料坯料截面尺寸为150mm×150mm、180mm×180mm、200mm×200mm，坯料长度为6000mm～12000mm；对甄选后的钢坯进行表面预处理，通过抛丸清理去除坯料表面氧化皮、锈蚀与杂质，同时对坯料端面进行平整打磨，保证坯料表面粗糙度≤6.3μm，端面平面度误差≤0.5mm/m；甄选原料时优先选用碳含量0.12%～0.22%、锰含量1.20%～1.60%、硫含量≤0.035%、磷含量≤0.035%的钢坯。

11、优选的，所述s2包括：采用三段式步进加热炉完成钢坯加热，依次分为预热段、加热段、均热段；其中预热段温度控制在650℃～750℃，预热保温时间20min～35min；加热段温度控制在950℃～1050℃，加热升温时间40min～55min；均热段温度控制在1180℃～1220℃，均热保温时间25min～40min；加热炉内空气过剩系数控制在1.05～1.15，炉内压力维持在-5pa～5pa，保证钢坯加热温度均匀，温差波动≤±5℃。

12、优选的，所述s3包括：采用多道次连续热轧工艺，轧制道次设置为8～12道次，开轧温度控制在1150℃～1190℃，终轧温度控制在900℃～950℃；轧制过程中通过张力控制系统维持机架间恒张力状态，张力控制值为800n～1500n，张力波动误差≤±30n；轧辊转速根据角钢规格自适应调节，转速区间为2.5m/s～5.0m/s，轧制尺寸精度控制在±0.1mm，保证轧制后角钢截面尺寸均匀、表面无轧制划痕与褶皱缺陷。

13、优选的，所述s4包括：采用飞剪机进行在线动态定尺切断，根据生产需求设定角钢成品定尺长度为6m～12m，切断响应延迟时间≤0.2s，切断端面垂直度误差≤0.3mm；切断完成后实时剔除端头毛刺、飞边缺陷，保证切断端面平整光滑，无应力集中缺口，为后续均匀冷却提供基础成型结构。

14、优选的，所述s5的所述冷床集成优化式分段控温冷却具体包括：高温快速降温段温度区间为700℃～900℃，冷却速率控制在8℃/s～12℃/s；中温均温稳压段温度区间为400℃～700℃，冷却速率控制在3℃/s～6℃/s；低温定型缓冷段温度区间为室温～400℃，冷却速率控制在0.5℃/s～2℃/s；三段冷却过程全程实时采集角钢表面与芯部温度，保证角钢翼缘与腹板温差≤8℃，消除局部温差导致的形变应力。

15、优选的，所述s5的所述同步步进式输送与动态风量自适应调节中，同步步进输送采用间歇式匀速步进模式，步进步距为80mm～150mm，步进间隔时间1.5s～3.0s，输送速度稳定控制在0.8m/min～1.5m/min；动态风量调节采用分区独立通风结构，将冷床划分为高温冷却区、中温均温区、低温定型区三个独立通风单元，各单元风机频率调节范围为20hz～50hz，通风风量调节区间为3000m³/h～8000m³/h。

16、优选的，所述ai动态风量计算模型计算公式如式（1）所示为：

17、    （1）；

18、其中，为实时自适应通风风量，单位m³/h；为角钢实时内外温差，单位℃；为角钢有效散热表面积，单位m²；为冷床实时输送速度，单位m/min；为角钢钢材密度，取值7.85g/cm³；为环境基准温度，单位℃；、、为自适应修正系数，取值范围分别为0.85～0.95、1.20～1.35、0.05～0.15。

19、优选的，所述ai形变预判调速模型计算公式为如式（2）所示：

20、    （2）；

21、其中，为实时优化输送速度，单位m/min；为基准输送速度，单位m/min；为实时形变偏差系数，取值0～0.2；为角钢实时残余应力值，单位mpa；为角钢标准允许残余应力阈值，取值120mpa。

22、优选的，所述s7包括：将冷却至室温的角钢送入多辊矫直机进行整体矫直，矫直辊数量设置为7～11辊，矫直压力控制在30kn～60kn，矫直后角钢直线度误差≤1.0mm/m，扭曲度误差≤0.5mm/m；矫直完成后进行表面精整、尺寸复检、无损探伤检测，剔除尺寸超标、表面缺陷、内部裂纹的不合格产品，最终分类打包入库；整体生产工序节拍匹配周期较传统工艺缩短15%～25%，产品力学性能合格率≥99.2%。

23、本发明的方法的有益效果：

24、本发明针对传统角钢生产的技术问题，构建了原料优化、加热控温、精准轧制、智能冷却和节拍协同的全工序集成优化体系，技术原理包括“温度场均匀化、应力可控化、成型精准化、生产高效化、调控智能化”，相较于传统工艺具备突出的技术优势与有益效果。

25、（1）在原料与加热成型环节，本发明通过精准的原料成分配比甄选与分段阶梯加热制度，从源头解决传统工艺原料性能离散、加热不均、初始应力大的问题，保证钢坯成型前温度均匀、组织稳定，为高精度、高性能型材成型奠定基础。恒张力多道次轧制工艺可细化金相晶粒、统一截面尺寸、提升型材结构强度，规避轧制形变与尺寸偏差缺陷，成型精度远高于传统粗放式轧制工艺。

26、（2）在核心冷却定型环节，本发明创新性的三段式梯度控温冷却模式，精准匹配角钢不同温度区间的金相组织演变与散热特性，针对性解决高温晶粒粗大、中温相变形变、低温应力富集的行业难题，彻底打破传统单一冷却模式的技术瓶颈。同步步进输送与分区动态通风结构，实现冷却过程的匀速、均匀、稳定散热，保证每一批次、每一根角钢的冷却时序、散热效果完全一致，大幅提升产品批次一致性。

27、（3）在智能化调控环节，本发明自主构建的两组ai动态计算模型，实现冷却风量与输送速度的实时自适应迭代优化，摒弃传统固定参数生产的局限性，可适配不同材质、不同规格、不同生产工况的角钢生产需求，实现形变预判、参数自调、缺陷自修正的闭环智能控制，无需人工反复调试参数，提高了生产智能化水平与产品稳定性。

28、（4）在生产效率与成本控制环节，本发明通过全工序节拍协同优化，消除各工序衔接的待机冗余时间，大幅缩短生产周期、提升产能，同时仅通过工艺改造与控制系统优化实现技术升级，无需新增大型生产设备，设备投入与改造成本极低。

29、（5）综合技术效果方面，本发明有效细化角钢金相组织，提升型材组织均匀性与结构强度，大幅降低型材弯曲、扭曲、翘曲等形变缺陷，彻底改善产品力学性能一致性，产品合格率、尺寸精度、表面质量显著提升，生产效率大幅提高，可全面适配各类等边角钢、不等边角钢的工业化连续生产，兼顾高质量、高效率、低成本的生产需求。