H型钢生产线的平面布置类型 20世纪60年代以后，建筑业对H型钢用量的迅速增加，促进了H型钢厂的兴建和H型钢轧机的制造。据统计，1990年以来世界上大约有近100多套H型钢轧机，其中日本多。 目前世界上H型钢轧机的布置方式主要有两类：一类是半连续布置；另一类是全连续布置。采用半连续布置比较典型的是日本川崎公司水岛中型厂，其产品规格为H100～400mm，主要设备包括2架二辊式开坯机、4架万能轧机和2架轧边机。全连续布置方式是先进的，其典型厂有美国1970年建成的宽边H型钢厂、德国萨克公司的中型厂和日本1972年投产的君津大型厂。君津大型厂产量高，工艺设备先进，其生产规格为100～500mm，主要设备有4架二辊式粗轧机组、7架万能轧机及4架轧边机。 作为H型钢轧机的主体设备，万能轧机近年来发展很快，大有取代老式二辊或三辊轧机的趋势。万能轧机可分为两类：一种是普型材及H型钢联合轧机；一种是H型钢轧机。以前一种为多，它可生产许多品种，生产灵活性大，不仅可生产H型钢， 而且还可生产重轨、圆钢、方钢、槽钢和板桩等。 H型钢的主要生产缺陷类型 为便于区别各类缺陷和分析其产生的原因，按工艺流程，钢材缺陷可以分为钢质缺陷、轧制缺陷和精整缺陷三大类。下面将按此三大类对H型钢常见缺陷一一阐述。 H型钢常见的钢质缺陷 (1)夹杂。 夹杂是指在H型钢的断面上有肉眼可见的分层，在分层内夹有呈灰色或白色的杂质，经低倍或高倍检验，这些杂质通常为耐火材料、保护渣等。造成夹杂的原因是在出钢过程中有渣混入钢液，或在铸锭过程中有耐火材料、保护渣混入钢液。夹杂会破坏H型钢的外观完整性，降低钢材的刚度和强度，使得钢材在使用中开裂或断裂，这是一种不允许有的钢材缺陷。 (2)结疤。 结疤是一种存在于钢材表面的鳞片状缺陷。结疤有与钢材本体连在一起的，也有不连为一体的。造成结疤的主要原因是浇铸过程中钢水喷溅，一般是沸腾钢多于镇静钢。局部、个别的结疤可以通过火焰清除挽救，但面积过大、过深的结疤对钢材性能影响较大，一般只好判废。 为防止带有结疤的钢坯进入轧机，通常采用火焰清理机清理钢坯表面，或采用高压水将已烧成氧化铁皮的结疤冲掉。在成品钢材上的结疤需要用砂轮或扁铲清除。 (3)分层。 分层是在H型钢断面上的一种呈线纹状的缺陷。通常它是因炼钢浇铸工艺控制不当或开坯时钢锭缩孔未切干净所致。在分层处夹杂较多，尽管经过轧制也不能焊合，严重时使钢材开裂成两半。分层使钢材强度降低，也常常造成钢材开裂。带有分层的H型钢通常要挑出判废。分层一般常出现在模铸相当于钢锭头部的那段钢材中，或发生在用第一支连铸坯或后一支连铸坯所轧成的钢材上。 (4)裂纹。 H型钢裂纹主要有两种形式：一种为在其腰部的纵向裂纹；另一种为在其腿端的横向裂纹。腰部的纵向裂纹来自浇铸中所形成的内部裂纹，腿端的横向裂纹来自钢坯或钢锭的角部裂纹。无论是哪种裂纹均不允许存在，它都破坏钢材本身的完整性和强度。 H型钢常见的轧制缺陷 (1)轧痕。 轧痕一般分为两种，即周期性轧痕和非周期性轧痕。周期性轧痕在H型钢上呈规律性分布，前后两个轧痕出现在轧件同一部位，同一深度，两者间距正好等于其所在处轧辊圆周长。周期性轧痕是由于轧辊掉肉或孔型中贴有氧化铁皮而造成的在轧件表面的凸起或凹坑。非周期性轧痕是导卫装置磨损严重或辊道等机械设备碰撞造成钢材刮伤后又经轧制而在钢材表面形成棱沟或缺肉，其大多沿轧制方向分布 。 (2)折叠。 折叠是一种类似于裂纹的通常性缺陷，经酸洗后可以清楚地看到折叠处断面有一条与外界相通的裂纹。折叠是因孔型设计不当或轧机调整不当，在孔型开口处因过盈充满而形成耳子，再经轧制而将耳子压入轧件本体内，但不能与本体焊合而形成的，其深度取决于耳子的高度。另外，腰、腿之间圆弧设计不当或磨损严重，造成轧件表面出现沟、棱后，再轧制也会形成折叠。 (3)波浪。 H型钢波浪、可分为两种：一种是腰部呈搓衣板状的腰波浪；另一种是腿端呈波峰波谷状的腿部波浪。两种波浪均造成H型钢外形的破坏。波浪是由于在热轧过程中轧件各部伸长率不一致所造成的。当腰部压下量过大时，腰部延伸过大，而腿部延伸小，这样就形成腰部波浪，严重时还可将腰部拉裂。当腿部延伸过大，而腰部延伸小时，就产生腿部波浪。另外还有一种原因也可形成波浪。这就是当钢材断面特别是腰厚与腿厚设计比值不合理时，在钢材冷却过程中，较薄的部分先冷，较厚的部分后冷，在温度差作用下，在钢材内部形成很大的热应力，这也会造成波浪。解决此问题的办法是：首先要合理设计孔型，尽量让不均匀变形在头几道完成；在精轧道次要力求H型断面各部分腰、腿延伸一致；要减小腰腿温差，可在成品孔后对轧件腿部喷雾，以加速腰部冷却，或采用立冷操作。 (4)腿端圆角。 H型钢腿端圆角是指其腿端与腿两侧面之间部分不平直，外形轮廓比标准断面缺肉，未能充满整个腿端。造成腿端圆角有几方面原因：其一是开坯机的切深孔型磨损，轧出的腿部变厚，在进入下一孔时，由于楔卡作用，所以腿端不能得到很好的加工；其二是在万能机组轧制时，由于万能机架与轧边机速度不匹配，而出现因张力过大造成的拉钢现象，使轧件腿部达不到要求的高度，这样在轧边孔中腿端得不到垂直加工，也会形成腿端圆角；其三是在整个轧制过程中入口侧腹板出现偏移，使得轧件在咬入时偏离孔型对称轴，这时也会出现上述缺陷。 (5)腿长不对称。 H型钢腿长不对称、有两种：一种是上腿比下腿长；另一种是一个腿上腿长，而另一个腿则下腿长。一般腿长不对称常伴有腿厚不均现象，稍长的腿略薄些，稍短的腿要厚些。造成腿长不对称也有几种原因：一种是在开坯过程中，由于切深时坯料未对正孔型造成切偏，使异形坯出现一腿厚一腿薄，尽管在以后的轧制过程中压下量分配合理，但也很难纠正，终形成腿长不对称；另一种是万能轧机水平辊未对正，轴向位错，造成立辊对腿的侧压严重不均，形成呈对角线分布的腿长不对称。
提高H型钢性能的方法 H型钢作为结构用材料，广泛应用于高层建筑、工业厂房、码头、桥梁、地下巷道等大型工程。根据这些工程结构设计的要求，H型钢应具备如下性能： (1)良好的可焊性； (2)高的抗张强度和屈服强度； (3)高的抗疲劳强度； (4)良好的抗断裂韧性； (5)均匀的材料强度与塑性。 有关金属材料的研究告诉人们，提高H型钢性能的冶金途径主要有以下八条： (1)关于提高H型钢的强度，可以通过增加碳含量使珠光体量增加，从而达到提高材料抗张强度的目的。但为使材料不因碳含量提高而损害材料的可焊性和抗断裂强度，一般其碳含量上限不超过0．2％。 (2)向钢中添加合金元素，如硅、锰、铬、镍等，利用合金元素在铁素体中的固溶强化作用，也可显著提高金属材料的强度。但合金元素的加入也会使材料的可焊性变差，一般认为加入的合金元素总量应限定在1．5％以下。 (3)通过热处理，借助马氏体转变，可提高金属材料的强度和硬度。 (4)通过冷加工变形，提高金属晶体的位错密度，从而提高强度。 (5)铌、钒、钛等合金元素的沉淀硬化作用对铁素体晶粒直径的影响与终轧温度有关，终轧温度越低，晶粒直径越小，沉淀硬化作用越大，尤其是铌和钒。而且沉淀硬化可使金属材料的屈服强度提高，同时可以降低金属的脆性转变温度。金属的韧性很大程度上取决于其硫的含量和硫化物夹杂的种类。欲使钢材具有良好的韧性，其硫含量应控制在0．0029％以下，同时要控制硫化物和氧化物形状。 (6)通过晶粒再结晶，尤其是加入有利于晶粒细化的元素，如铌、钛、钒等，均可促使晶粒细化，使屈服强度提高，韧性改善。对铌而言，其大加入量为0．03％～0．04％。 (7)对H型钢而言，控制轧制是提高其性能的主要手段。世界各国的有关研究指出，对于普通碳素钢及低合金钢钢材，其性能主要取决于终轧温度、变形程度和晶粒尺寸。低的终轧温度可以提高其抗断裂强度。实验表明，终轧温度每低10℃，屈服强度可以增加13MPa，抗张强度增加10MPa。增加金属的变形程度有利于其韧性的提高。而微量合金元素的作用则是通过晶粒细化和沉淀硬化来使钢材强韧化。在H型钢轧制过程中，控制冷却是提高钢材性能的简单易行的办法。通常是控制万能精轧机前的冷却，使从万能粗轧机过来的轧件温度从大约1050～1100℃降到850℃，然后再送入万能精轧机轧制。从1050℃降到850℃，大约需要120s。通常采用气水冷却，喷雾时间与空冷时间为1∶3。冷却装置安放在万能粗轧机后的工作辊道旁，喷嘴在高度和宽度上可以调整。在万能精轧机后的冷却，对H型钢残余应力水平的控制更为关键。H型钢这时要从850℃降到80℃，大约需要110s。为使整个断面温度均匀降低，还要对H型钢的腿部进行冷却。通常也是采用喷雾冷却，同时在冷床上采用空冷，使其腰、腿温差变小。如控制不当，常常会出现腰部波浪或腿部波浪，或很大的残余内应力。总之，要使H型钢具有良好的外形和性能，就必须严格轧制工艺中的塑性形变，选择佳终轧温度和冷却速度。当以连铸坯为原料时，H型钢的性能将受到塑性变形程度、夹杂物分布、加热温度、终轧温度、冷却强度等因素的影响。 (8)用于建筑业的H型钢，通常采用低碳或超低碳合金钢。具体钢种则根据终用途而定。 马钢万能轧钢厂的生产工艺与设备 该轧钢厂以H型钢为主要产品，一期工程年产60万t，其中H型钢42万t。二期工程年产100万t；其中H型钢为82万t。全厂是采用世界H型钢新工艺组织生产，主要设备是从德国曼内斯曼·德马克·萨克公司、西门子公司和美国依太姆公司引进的。马钢万能轧钢厂这条H型钢生产线是中国目前生产H型钢装备水平好、自动化程度高的生产线。 这条生产线以连铸异形坯为原料，采用步进式加热炉加热，选择了二辊式大行程开坯机、万能粗轧机组可逆轧制和万能精轧成形工艺流程。在万能轧机上装有AGC辊缝自动控制系统和快速换辊装置。热锯采用计算机精确定位。冷床为液压步进式冷床，并预留了今后进行长尺冷却的位置。矫直机采用9辊式辊距可调悬臂矫直机。检查台后还专门配备了自动堆垛和打捆设备。全厂生产管理采用计算机三级控制。该厂无论工艺设备还是自动化程度均是当今世界上第一流的。 该厂的工艺装备特点是： 其坯料采用连铸异形坯和连铸矩形坯，采用连铸异形坯轧制H型钢是轧制H型钢的新工艺，它大大减少了轧制道次，变形均匀，轧制尺寸精度高。 该厂主体设备如轧机、热锯、矫直机等均是由德国德马克公司设计制造的，主辅传动电机和自动化控制系统是由德国西门子公司供应的，这些主体设备性能优良、操作方便。另外，该厂还从国外引进了相应技术软件，如辊缝零位自动调整技术(德国德马克公司专利)、UBS万能型钢轧制模拟系统软件和交流传动的矢量控制技术等，保证该厂从轧机调整、孔型设计到主辅传动各方面都处于世界一流水平。 该厂的先进计算机系统实现了从原料入厂到成品发货生产全过程的自动化管理。其三级计算机系统，保证了全厂经营管理、生产过程控制和工序操作始终处于受控佳状态，为提高企业效益提供了可靠保证。 莱钢H型钢厂的生产工艺与设备 该厂设备由日本新日铁和东芝公司提供。工艺操作设备总重11000t，其中轧线设备7560t。电气设备装机总容量为23176kW。该车间年生产能力为50万t，其中H型钢35万t。该车间总投资约为88821万元。 该车间采用短流程型钢生产工艺，从连铸开始，经热装、连轧、冷却、矫直、锯切、检查、堆垛、打捆等工序，是目前我国一条水平较高的型钢生产作业线。
热轧H型钢的优点
H型钢是一种新型经济建筑用钢。
H型钢截面形状经济合理，力学性能好，轧制时截面上各点延伸较均匀、内应力小，与普通工字钢比较，具有截面模数大、重量轻、节省金属的优点，可使建筑结构减轻30-40%；又因其腿内外侧平行，腿端是直角，拼装组合成构件，可节约焊接、铆接工作量达25%。常用于要求承截能力大，截面稳定性好的大型建筑（如厂房、高层建筑等），以及桥梁、船舶、起重运输机械、设备基础、支架、基础桩等。
H-型钢是由工字型钢优化发展而成的一种断面力学性能更为优良的经济型断面钢材，尤其断面与英文字母“H”相同而得名。其特点如下：
→翼缘宽，侧向刚度大。抗弯能力强。
→翼缘两表面相互平行使得连接、加工、安装简便。
→与焊摄工字钢相比，成本低，精度高，残余应力小，无需昂贵的焊接材料和焊缝检测，节约钢结构制作成本30%左右。
→相同截面负荷下．热轧H钢结构比传统钢结构重量减轻15%-20%。
→与砼结构相比，热轧H钢结构可增大6%的使用面积，而结构自重减轻20%一30%，减少结构设计内力。
→H型钢可加工成T型钢，蜂窝梁可经组合形成各种截面形式，极大满足工程设计与制作需求。
H型钢主要用于工程，厂房设备，机械设备，桥梁，高速公路，民房等;机械性能和物理性能好，牢固，节约能源和环保的效果。H型钢是一种经济型断面钢材，广泛用于工业、建筑、桥梁、石油钻井平台等方面，据预测2005年我国H型钢需求量约250万吨，2010年需求量500万吨，但目前我国H型钢年生产能力为120万吨，市场需求量非常巨大。
H型钢的翼缘都是等厚度的，有轧制截面，也有由3块板焊接组成的组合截面。工字钢都是轧制截面，由于生产工艺差，翼缘内边有1：10坡度。H型钢的轧制不同于普通工字钢仅用一套水平轧辊，由于其翼缘较宽且无斜度(或斜度很小)，故须增设一组立式轧辊同时进行辊轧，因此，其轧制工艺和设备都比普通轧机复杂。国内可生产的大轧制h型钢高度为800mm，超过了只能是焊接组合截面。 我国热轧H型钢国标（GB/T11263-1998）将H型钢分为窄翼缘、宽翼缘和钢桩三类，其代号分别为hz、hk和hu。窄翼缘H型钢适用于梁或压弯构件，而宽翼缘h型钢和h型钢桩则适用于轴心受压构件或压弯构件。工字钢与H型钢相比，等重量前提下，w、 ix、 iy都不如h型钢。
