大規(guī)格冷彎方矩形管生產(chǎn)工藝及其市場應(yīng)用情況

冷彎方矩形管又稱為冷彎方矩形空心結(jié)構(gòu)型鋼，作為一種輕型、薄壁、大斷面慣性矩的高效型材，正廣泛應(yīng)用于建筑、汽車、航空、輕工和機械制造等行業(yè)。在建筑行業(yè)，特別是在中高層、高層及超高層建筑中，具有大中口徑和厚壁的大規(guī)格冷彎方矩形管因承受力大、剛度大、抗變形能力強、耐久性好、防火、抗震性好、自重輕等一系列優(yōu)點，其地位愈顯突出。

目前生產(chǎn)大規(guī)格方矩形管有四種工藝：

1．平板拼焊工藝

傳統(tǒng)的大規(guī)格方矩形管采用四塊鋼板拼焊而成（如圖1所示）。其優(yōu)點在于可以省卻彎曲工序，并且不受壁厚的限制。缺點為生產(chǎn)速度慢、質(zhì)量不穩(wěn)定、強度低，并且產(chǎn)生四條焊縫。目前，該生產(chǎn)工藝已很少被采用。

2．高頻電阻焊（ERW）的先圓后方工藝

這是生產(chǎn)方矩形鋼管的一種基本工藝，即在高頻電阻焊機組生產(chǎn)圓管工藝的基礎(chǔ)上，在定徑機上增設(shè)方矩形孔型，使圓形焊管冷卻加工成方矩形焊管（如圖2所示）。該工藝的優(yōu)點是尺寸精度較高，彎角90°處壁厚稍增。關(guān)于缺點，有文獻(xiàn)指出：在由圓變方的過程中，軋輥作用力始終集中于一點，應(yīng)力集中。往往在壁厚（＞12.7mm）時，型材彎曲過程中可能出現(xiàn)顯微裂紋，嚴(yán)重時甚至斷裂。另外，當(dāng)生產(chǎn)小批量、多品種時，換輥次數(shù)多。日本新日鐵建材公司利用圓變方輥彎機組生產(chǎn)的方矩形管，產(chǎn)品最大規(guī)格達(dá)550mm×550mm×22mm。

3．高頻電阻焊（ERW）的直接成方工藝

該工藝即采用專用成型機組將帶鋼直接彎曲成方矩形管（如圖3所示）。其優(yōu)點在于有效地解決了厚壁高強度產(chǎn)品的角部微裂紋問題，同時，在生產(chǎn)小批量、多品種時換輥次數(shù)較少；缺點是彎角90°處壁厚變薄。美國Bull Moose Tube 公司采用輥彎直接成方工藝生產(chǎn)的方矩形鋼管，產(chǎn)品最大規(guī)格為304mm×304mm×15.8mm；上海寶鋼建筑工程設(shè)計研究院采用排輥直接成方工藝生產(chǎn)冷彎方矩形，產(chǎn)品最大規(guī)格為500mm×500mm×19mm。直接成方和先圓后方是目前生產(chǎn)大規(guī)格冷彎方矩形管的主流工藝。在這兩種工藝的產(chǎn)品機械性能對比上：先圓后方工藝是二次成型，由于“加工硬化”的作用，使鋼管的屈服限有所提高，但延伸率有所下降；“直接成方”工藝是一次成型，則在鋼管的力學(xué)性能方面與母材相近。

4．埋弧焊（SAW）的兩槽鋼對扣拼焊工藝

該工藝是將板卷分別彎曲成“[”形，然后用埋弧焊（內(nèi)外焊）將兩個“[”形對焊成雙焊縫方矩形管（如圖4所示）。這種成型工藝有兩個特點：一是可以在方矩形管內(nèi)部加隔板（筋板）；二是斷面可至200mm×200mm～1000mm×1000mm的范圍，突破了高頻電阻焊（ERW）焊管斷面只能達(dá)到550mm×550mm的局限。然而，其缺點也不容忽視：一是雙焊縫工藝用對接焊縫以及焊后離線熱處理再加以矯正工序較為復(fù)雜；同時，由于預(yù)先仍然是輥彎成型，故最大壁厚一般不超過20mm；并且，由于兩條焊縫同在中心截面上，在作受力件使焊縫承受剪切力時非常不利。武鋼集團(tuán)漢口軋鋼廠利用現(xiàn)有機組生產(chǎn)的500mm×250mm×12.5mm冷彎鋼槽，并結(jié)合自行設(shè)計的鋼槽刨邊打坡口裝置，進(jìn)行兩鋼槽對扣拼焊，從而生產(chǎn)出500mm×500mm×12.5mm的大規(guī)格方形管。

方矩形管的市場及其應(yīng)用情況

近年來，方矩形管作為新型綠色建材在世界各國的建筑業(yè)展示出廣闊的應(yīng)用前景。北美鋼管協(xié)會特設(shè)有空心結(jié)構(gòu)型鋼委員會（STI/HSS），其成員公司如表1所示：在過去的幾年中，美國空心結(jié)構(gòu)型鋼市場得到了迅速的發(fā)展（如圖5所示）。據(jù)美國LTV鋼鐵公司估計，最近5年，美國空心結(jié)構(gòu)型鋼消耗量還將以每年5%～10%的速度增長。目前，美國方矩形管的產(chǎn)品規(guī)格可達(dá)到1200mm×1200mm。

在地震頻發(fā)的島國日本，自從1984年仙臺地震以后，日本建筑法規(guī)定鋼結(jié)構(gòu)住宅立柱必須采用方矩形管以提高住宅的抗震性。隨著方矩形管在建筑鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用上的普及，其生產(chǎn)的規(guī)格也逐漸增大。東芝鋼管、丸一鋼管和日本制管株式會社等大型企業(yè)均以生產(chǎn)方矩形管和普通開口型鋼為主，目前方矩形管最大規(guī)格已達(dá)到550mm×550mm，最大壁厚為22mm。2002年日本鋼結(jié)構(gòu)用冷彎方矩形管總產(chǎn)量已達(dá)到200×104 t，市場需求量最大的鋼管規(guī)格為200mm×200mm～400mm×400mm，這些規(guī)格的方矩形管覆蓋了日本鋼結(jié)構(gòu)用方矩形管總量的80%以上。

我國在上世紀(jì)90年代以前，僅能生產(chǎn)規(guī)格為180mm×180mm×8mm及以下的冷彎方形管。為適應(yīng)市場需求，提供更優(yōu)質(zhì)、更大規(guī)格的冷彎方矩形管，國內(nèi)部分鋼鐵企業(yè)紛紛新增了大型冷彎空心方矩型鋼生產(chǎn)線。根據(jù)2004年底的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，我國現(xiàn)有專業(yè)生產(chǎn)大中口徑方矩形焊管企業(yè)12家，年設(shè)計產(chǎn)能127萬t，產(chǎn)品最大規(guī)格達(dá)到500mm×500mm×19mm（如表2所示）。與之同時，我國北京、上海和南方沿海等地在輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑中開始大量應(yīng)用冷彎方矩形管。

隨著國內(nèi)鋼管混凝土工程應(yīng)用的不斷增加，方矩形鋼管的生產(chǎn)正逐步從數(shù)量擴張型向質(zhì)量創(chuàng)新型方向轉(zhuǎn)變，向大規(guī)格、高強度、高抗震和高耐火耐候方向發(fā)展，以適應(yīng)節(jié)約型社會和循環(huán)經(jīng)濟(jì)的趨勢。

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