大規(guī)格冷彎方矩形管生產(chǎn)工藝及其市場(chǎng)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(jī)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(qiáng)、耐久性好、防火、抗震性好、自重輕等一系列優(yōu)點(diǎn)，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(diǎn)在于可以省卻彎曲工序，并且不受壁厚的限制。缺點(diǎn)為生產(chǎn)速度慢、質(zhì)量不穩(wěn)定、強(qiáng)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(jī)組生產(chǎn)圓管工藝的基礎(chǔ)上，在定徑機(jī)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(diǎn)是尺寸精度較高，彎角90°處壁厚稍增。關(guān)于缺點(diǎn)，有文獻(xiàn)指出：在由圓變方的過(guò)程中，軋輥?zhàn)饔昧κ冀K集中于一點(diǎn)，應(yīng)力集中。往往在壁厚（＞12.7mm）時(shí)，型材彎曲過(guò)程中可能出現(xiàn)顯微裂紋，嚴(yán)重時(shí)甚至斷裂。另外，當(dāng)生產(chǎn)小批量、多品種時(shí)，換輥次數(shù)多。日本新日鐵建材公司利用圓變方輥彎?rùn)C(jī)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(jī)組將帶鋼直接彎曲成方矩形管（如圖3所示）。其優(yōu)點(diǎn)在于有效地解決了厚壁高強(qiáng)度產(chǎn)品的角部微裂紋問(wèn)題，同時(shí)，在生產(chǎn)小批量、多品種時(shí)換輥次數(shù)較少；缺點(diǎn)是彎角90°處壁厚變薄。美國(guó)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(jì)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(jī)械性能對(duì)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(duì)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(gè)“[”形對(duì)焊成雙焊縫方矩形管（如圖4所示）。這種成型工藝有兩個(gè)特點(diǎn)：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(diǎn)也不容忽視：一是雙焊縫工藝用對(duì)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(shí)，由于預(yù)先仍然是輥彎成型，故最大壁厚一般不超過(guò)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(shí)非常不利。武鋼集團(tuán)漢口軋鋼廠利用現(xiàn)有機(jī)組生產(chǎn)的500mm×250mm×12.5mm冷彎鋼槽，并結(jié)合自行設(shè)計(jì)的鋼槽刨邊打坡口裝置，進(jìn)行兩鋼槽對(duì)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(chǎng)及其應(yīng)用情況

近年來(lái)，方矩形管作為新型綠色建材在世界各國(guó)的建筑業(yè)展示出廣闊的應(yīng)用前景。北美鋼管協(xié)會(huì)特設(shè)有空心結(jié)構(gòu)型鋼委員會(huì)（STI/HSS），其成員公司如表1所示：在過(guò)去的幾年中，美國(guó)空心結(jié)構(gòu)型鋼市場(chǎng)得到了迅速的發(fā)展（如圖5所示）。據(jù)美國(guó)LTV鋼鐵公司估計(jì)，最近5年，美國(guó)空心結(jié)構(gòu)型鋼消耗量還將以每年5%～10%的速度增長(zhǎng)。目前，美國(guó)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(guó)日本，自從1984年仙臺(tái)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(huì)社等大型企業(yè)均以生產(chǎn)方矩形管和普通開(kāi)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(chǎng)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(guó)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(chǎng)需求，提供更優(yōu)質(zhì)、更大規(guī)格的冷彎方矩形管，國(guó)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(jì)數(shù)據(jù)，我國(guó)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(jì)產(chǎn)能127萬(wàn)t，產(chǎn)品最大規(guī)格達(dá)到500mm×500mm×19mm（如表2所示）。與之同時(shí)，我國(guó)北京、上海和南方沿海等地在輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑中開(kāi)始大量應(yīng)用冷彎方矩形管。

隨著國(guó)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(kuò)張型向質(zhì)量創(chuàng)新型方向轉(zhuǎn)變，向大規(guī)格、高強(qiáng)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(huì)和循環(huán)經(jīng)濟(jì)的趨勢(shì)。

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