棒线材生产工艺

MetallurgicalEngineeringInstitute,UniversityofScienceandTechnologyBeijing1、线、棒材生产工艺简介1.1、棒线材轧制工艺流程棒材:简单断面型钢一般成根供应，又称棒材，主要包括圆钢和螺纹钢筋。近年来，随着生产技术的发展，小型棒材亦可成卷供应。线材:是热轧生产中断面最小，长度最长而且成盘卷状交货的产品。线材的品种按断面形状分，有圆形、六角形、方形、螺纹圆形、扁形、梯形及Z字形等，主要是圆形和螺纹圆形。国外通常认为,棒材的断面直径是9-300mm,线材的断面直径是5-40mm，呈盘卷状交货的产品最大断面直径是40mm。国内在生产时约定俗成的认为：棒材车间的产品范围是断面直径10-50mm，线材车间的产品断面直径是5-10mm线棒材的典型用途棒、线材的产品分类及用途钢种用途一般结构用钢材一般机械零件、标准件建筑用螺纹钢筋钢筋混凝土建筑优质碳素结构钢汽车零件、机械零件、标准件合金结构钢重要的汽车零件、机械零件、标准件弹簧钢汽车、机械用弹簧易切削钢机械零件和标准件工具钢切削刀具、钻头、模具、手工工具轴承钢轴承不锈钢各种不锈钢制品冷拔用软线材冷拔各种丝材、钉子、金属网丝冷拔轮胎用线材汽车轮胎用帘线焊条钢焊条建筑结构用线材Q235制品原料用高碳钢线材60#~80#、82B拉拔用线材10#~20#、Q195-Q235/F典型分类与代表钢种电焊条用线材弹簧用线材冷镦铆螺用线材其它用途线材H08、H1060Si2MnBL2、BL3、ML10-45棒线材生产一般工艺流程：原料准备→称量→装料→加热→轧制→控制冷却→检查→打捆→收集→称量→入库国内线材生产现状1.2、棒线材品种规格棒材:小型轧机生产圆钢的范围一般为φ10～32mm，最小规格可至φ6mm。随着大跨度桥梁和高层建筑对大规格钢筋的需要，小型棒材轧机生产钢筋的上限扩大至φ52mm，而合金钢小型轧机产品的上限加大至φ75mm，甚至φ80mm。线材:圆形线材的规格为φ5～38mm。经常生产的是φ5～13mm。对于高速线材轧机来说，几乎只生产圆形和螺纹圆形线材。有的高速线材轧机为扩大成盘交货的大尺寸盘条，研制开发了相应的粗线成卷、冷却收集设备，成品直接从中轧或粗轧机组上轧出，盘条规格已扩大到φ22mm、φ30～40mm以至φ44～60mm。用于生产棒线材的钢种非常广泛，有碳素结构钢、优质碳素结构钢，弹簧钢、碳素工具钢、合金结构钢、轴承钢、合金工具钢、不锈钢，电热合金钢等，其中主要是普碳钢和低合金钢，凡是需要加工成丝的钢种大都经过热轧线材轧机生产成盘条再拉拔成丝。因为钢种、钢号繁多，在线材生产中通常将线材分成以下四大类：（1）软线（2）硬线（3）焊线（4）合金钢线材（1）软线指普通低碳钢热轧圆盘条，现在的牌号主要是碳素结构钢标准中所规定的Q195、Q215、Q235和优质碳素结构钢中所规定的10、15、20号钢等。（2）硬线指优质碳素结构钢类的盘条，如制绳钢丝用盘条、针织布钢丝用盘条、轮胎钢丝、琴钢丝等专用盘条。硬线一般碳含量偏高，泛指45号以上的优质碳素结构钢、40～70Mn、T8MnA、T9A、T10等；硬线广泛应用于加工低松弛预应力钢丝、钢丝绳、钢绞线、轮胎钢丝及钢帘线、中高强度的紧固件等。为了保证硬线产品的质量，满足后继工序制品加工用户的需要，在原料、加热、轧制、冷却各工序的质量控制上应给予足够的重视。由于硬线产品对表面质量有严格要求，因此生产硬线的厂家在前道工序应配备必要的钢坯修磨（清理）设备，通常包括喷丸、荧粉探伤、砂轮修磨等，对表面不合要求的钢坯进行表面清理，清除表面局部缺陷。对硬线坯不宜采用火焰清理。钢坯加热应防止表面脱碳，是硬线产品的基本要求。硬线一般要求较高的吐丝温度，相应的终轧温度也较高，一般控制在950～1050℃。吐丝温度一般在850～950℃。（3）焊线指焊接用盘条，包括碳素焊条钢和合金焊条钢的盘条。焊线钢是专门供制造不同用途和要求的焊条用的钢。焊线钢大多拔制成焊丝，做各种焊条的原料，少部分直接使用盘条。焊丝质量的好坏对焊接件使用中的安全有较大的影响，因而对钢的化学成分有严格要求。同时，为保证焊丝有均匀一致的性能，不允许有超出标准的成分偏析。这就要求焊线钢必须有高的冶金质量来保证。另外焊线钢的用途决定它还应具有良好的表面质量和拉拔性能。由于焊线钢盘条轧制后一般需要拉拔，其性能和组织要求与拉丝用的低碳钢类似。焊线钢的吐丝温度相对控制的较低，一般优质钢H08A为860℃，Mn和Si类钢按其钢号不同，控制在780～820℃。采用较低的吐丝温度对控制线材表面氧化铁皮有利，可以提高线材的表面质量。而Mn和Si类钢则是因为降低吐丝温度，能使细晶奥氏体在较低温度下转变分解得到较细的铁素体和珠光体组织，可有效避免马氏体组织的出现，从而达到降低线材抗拉强度的目的，有利于拔制。（4）合金钢线材指各种合金钢和合金含量高的专用钢盘条。如轴承钢盘条、合金结构钢、不锈钢、合金工具钢盘条等。低合金钢线材一般划归为硬线，如有特殊性能也可划入合金钢类。线材按用途分为两类：•一类是直接使用的，多用作建筑材料。直径多为φ6～32mm。此类线材要求保证化学成分并且有可焊性，要求物理性能均匀、稳定，以利于冷弯。此类线材要求保证化学成分和物理性能均匀和稳定，金相组织尽可能索氏体化，尺寸精确，表面要光洁，对脱碳层深度、氧化铁皮等均有一定要求。•一类是深加工后使用的。用来拉丝成为金属制品或冷镦制成螺钉、螺母等。作为拉丝原料的线材，为减少拉拔道次，一般直径为φ5～9mm，特殊用途的也有直径大于10mm的线材。1.3对棒线材的质量要求由于棒线材的用途广泛，因此市场对它们的质量要求也是多种多样的，根据不同的用途，对力学强度、冷加工性能、热加工性能、易切削性能和耐磨耗性能等也各有所偏重。总的要求是：提高内部质量，根据深加工的种类，材料本身应具有合适的性能，以减少深加工工序，提高最终产品的使用性能。1）椭圆度及尺寸精度线材不但要求较高的断面尺寸精度，而且要求沿整根轧件长度方向尺寸均匀一致。对需经二次加工的线材要求更高，以减少冷拔时的不均匀变形、拉丝模的不均匀磨损和由此引起的钢丝性能不均和断丝等。2）表面质量线材对表面缺陷、脱碳层深度、氧化铁皮等均有一定要求。线材表面要求光洁和不得有妨碍使用的缺陷，无论是直接用于建筑还是深加工成各类制品，其耳子、裂纹、折叠、结疤、夹层等直接影响使用性能的缺陷都是绝对不允许有。至于影响表面光洁的一些缺陷可以根据使用要求予以控制。直接用作钢筋的线材表面光洁程度影响不大，而对螺钉、弹簧、镀层等所用线材要求较高。用于冷镦的线材对划伤比较敏感，如冷镦用线材表面缺陷深度不得大于0.15毫米，以防止锻裂。脱碳不仅使线材表面硬度下降，而且使其疲劳强度也降低。含碳量在0.3%以上的线材，应严格控制其表面脱碳层的深度，脱碳的表面层形成犬牙状铁素体嵌入基体中，将严重影响线材的抗拉强度，尤其影响其疲劳强度。用于冷拉的线材由于内外组织差异还会增加变形抗力。所以重要的直接用作冷拉材和高强度螺栓、冷镦的线材都要严格控制脱碳层的深度。氧化铁皮越少越好，减少线材表面氧化铁皮不但可提高金属收得率，改善线材表面质量，而且还可以减少二次加工前的酸洗时间和酸耗量。从易于去除和抗锈蚀性好的要求出发希望氧化铁皮的成分以FeO为主，要求氧化铁皮的总量10kg/t，国外一般可达8kg/t。3）组织性能对需二次加工的线材，要求轧件全长性能符合要求且均匀一致。通常，限制某些钢种含碳量波动不得大于0.05%，对化学成分偏析和非金属夹杂的大小与分布亦有较高要求。例如，为防止拉丝中的断裂，要求拉拔0.5毫米以下钢琴丝和充填轮胎用钢丝时，夹杂物大小在10μm以下。线材的显微组织对力学性能、工艺性能影响最大。产品在出厂前要检验机械性能、金相组织和晶粒度等。对二次加工有利的金相组织，可省略硬线的铅浴淬火，省略或简化螺钉、铆钉用线材的退火，提高软线线材的拉丝性能等。硬线盘条、合金钢盘条不允许出现淬火组织。中、低碳钢盘条不允许出现魏氏组织。锰钢中如含有较多的奥氏体组织对拉拔也非常不利。对含碳量较高的钢来说，其游离铁素体不得大于1.5%，可分辨珠光体量不得大于20%，要求为索氏体，这种组织有利于拉拔。可以省掉预处理工序。2线材轧制工艺及尺寸性能控制2.1线材生产工艺特点线材的特点是断面小，长度大，要求尺寸精度和表面质量较高。增大盘重，减小线径和提高质量、精度二者是相互矛盾的。这是由于盘重增加和线径减小，导致轧件长度和轧制时间增加，从而又使轧件终轧温度降低，首尾温差加大，结果造成轧件首尾尺寸公差和性能不均。正是由于上述矛盾，推动了线材生产技术的发展。（1）坯料的特点线材坯料主要有初轧坯和连铸坯。为了保证终轧温度，适应小线径和大盘重的需要。在供坯允许的前提下，其断面应尽可能小，以减少轧制道次。因此坯料一般较长，目前最大坯料断面边长为150mm，最大长度为22m。由于线材成卷供应，不便于轧后探伤和清理，故对坯料表面质量要求较严，一般可根据坯料表面缺陷深度估算成品表面缺陷深度。（2）加热特点由于用作线材原料的钢坯断面小，在保证加热质量的前提下，加热温度尽可能高，各部温度均匀，但尾部温度应稍高，以减少轧后的轧件首尾温差。对线材钢坯的加热要严防过热和过烧，氧化铁皮要少，对易脱碳的钢，要严格控制高温段的停留时间，采取低温，快热，快轧等措施。为减少轧制温降，加热炉应尽量靠近轧机。钢坯入炉和出炉方式决定于钢坯的长短和加热炉的型式。（3）线材的轧制特点a.轧机辊径和转速采用小辊径高转速。为解决小线径、大盘重和线材质量要求之间的矛盾，必须尽量增加轧制速度。目前线材轧机成品出口速度已达100m/s以上，并正向着更高的速度发展。线材轧机的高速是通过小辊径、高转速得到的。目前新式线材精轧机轧辊辊径仅为φ152mm，而轧制速度高达140m/s。b.机架多，分工细。线材车间产品断面比较单一，轧机专业化程度较高。由于从坯料到成品，总延伸较大，每架轧机只轧一道，因此现代化线材轧机一般为21～28架，多数为25架，分为粗、中、精轧机组，有时精轧还分为两组。为平衡各机架的生产能力和保证产品精度，粗轧多采用较大延伸，较低转速和多线轧制，而精轧则采用较小延伸，较高轧速和多路单线轧制方法，即设置数列精轧机组，每组同时只轧一根线材。2.2线材轧机类型及其布置线材的断面尺寸是热轧钢材中最小的，使用的轧机也是最小型的。从钢坯到成品，断面收缩率非常大，需要许多架轧机。其排列形式基本上有四种：即横列式、复二重式、半连续式和连续式。（1）横列式线材轧机横列式轧机的机架数一般不超过15架，布置成多列式。轧件在机列与机列之间基本上是脱开轧制的。在这种轧机上，当轧件断面大而长度短时实施穿梭轧制，随着断面减少而长度增加则实行围盘套轧。由于同一机列各机架转速相同，故活套越来越长。可生产φ16～12mm线材，为提高轧机产量进行多线轧制，但产品尺寸精度不高。活套多且长，温降较快，头尾温差大，因此盘重受限制，一般只有40～60kg。二列横列式布置的线材轧机。原料断面尺寸受机架数与温差限制，一般断面边长为50～60mm。精轧速度一般为6～8m/s。有的横列式线材轧机在精轧机的末尾采用了多种布置型式的1～2组两架连轧，使精轧速度有所提高，一般可达到8～10m/s产量也相应增加。这类轧机布置如图5所示。横列式线材轧机生产工艺灵活，易于调整，投资少，见效快，品种多，故为地方企业经常采用的一种类型。横列式线材轧机精轧机组示意图（2）复二重式线材轧机轧机机架数一般不超过17架，按粗轧、中轧、精轧布置成三列。轧件在粗轧与中轧机组之间脱开，在中间与精轧机组之间不脱开。这种轧机的粗轧机组为横列式，中轧与精轧机组为复二重式，或者粗轧和中轧机组为横列式，仅精轧机组为复二重式。复二重式线材轧机示意图在这种轧机上，当粗轧机组的轧件断面大而长度短时也进行穿梭轧制，对于中轧机组为横列式的也进行套轧。在复二重式的轧机上，轧件是按照连轧方式和预留的有少量堆钢或拉钢的围盘套轧方式进行轧制