棒材综述

西安建筑科技大学华清学院棒材综述指导教师：杨程杨老师院（系）：冶金工程系专业：材料成型及控制学生姓名：李明学号：2011050402191综述随着现代化建设的逐步深入，棒材在国民生产中作为钢铁产品的重要组成部分，即使在经济危机过去以后但钢铁市场仍处于低迷阶段的今天，在我国城市化建设推动下，棒材的生产仍然十分重要。由于钢铁材料的用途十分广泛，不论农业、工业、国防建设，都需要有质量优良，品种齐全，数量足够的钢铁，因此钢铁工业的发展有着非常重要的意义。随着国家经济的持续发展，我国已经逐渐由一个农业化国家转变成了工业化国家，据最近统计，城市人口首次超过了50%。根据经济形势和自然规律的发展需要，我国的未来数年，在进行城市化建设的同时，推进的力度会进一步加大[1]。因此，在我国内需的拉动下，无论是住房还是基础设施建设，建筑用钢的需求在很长一段时间内都将是在钢铁份额中占有很大的比例，另外，随着人均生活水平的提高，城市居民对于私家车的依赖增强，汽车用钢的需求量也明显上升。1.1棒材的基础知识棒材一般指横截面形状为圆形、方形、六角形、八角形等简单图形、长度相对横截面尺寸来说比较大并且通常都是以直条状提供的一种材料产品。棒材一般都可进行机械加工。能制成棒材的材料非常多，如钢棒、铝棒、铜棒、木棒、橡胶棒、塑料棒、玻璃棒。棒材与丝材的区别主要有以下几点：1.丝材通常不是以直条状提供，而是以盘状提供；2.丝材的长度相对其横截面尺寸来说一般非常大；3.丝材的横截面方向一般不再加工。1.1.1棒材种类棒材是一种简单断面型材，一般是以直条状交货。棒材的品种按断面形状分为圆形、方形和六角形以及建筑用螺纹钢筋等几种，后者是周期断面型材，有时被称为带肋钢筋。棒材的断面形状最主要的还是圆形。国外通常认为，棒材的断面直径是Φ9~300mm。国内在生产时约定俗成地认定为：棒材车间的产品范围是断面直径为Φ10~50mm。棒材的断面形状简单，比起线材一般断面大很多，因此散热慢，允许轧制时间长，头尾温差大的问题不突出，但上限产品容易压缩比不足。与其他热轧一样，为能轧制高尺寸精度的产品，必须保证加热均匀一致，轧机刚度尽可能的高，轧制中，做到冷却一致。轧制中还有磨损带来孔型的变化，影响轧制的持久稳定[2]。1.1.2棒材用途现代国民经济包含着许多部门，如工业，农业，交通运输业，建筑业，商业，卫生业等，都是国民经济的重要组成部分。而冶金工业是现代工业的重要组成部分。冶金工业为机械制造业提供优质的原料，机械工业反过来才能为其它行业提供优良的机械装备。棒材广泛用于建筑、机械、汽车、船舶等工业领域，其中70%棒材用作建筑，其余用作各类轴、螺栓、螺母、锚链、弹簧等用材。因此钢铁工业的发展有着非常重要的意义。我国是一个发展中国家，住房尚需大量发展，建筑用钢的需求在很长一段时间内都将是很高的。另外随着人民生活水平的提高，相应汽车用钢的需求也会越来越多。除螺纹钢筋直接应用于建筑之外，有相当部分加工成各种轴类零件[3]。1.2棒材生产工艺棒材生产线工艺流程:钢坯验收→加热→轧制→倍尺剪切→冷却→剪切→检验→包装→计量→入库。小型棒材是由小型轧机生产的，小型轧机的主要类型分为：连续式、半连续式和横列式。目前世界上新建和在用的以全连续式小型轧机居多。当今流行的钢筋轧机有通用的高速轧制的钢筋轧机和4切分的高产量的钢筋轧机。连续小型轧机所用坯料一般是连铸小方坯，其边长一般为130~160mm，也有180mm×180mm的，长度一般在6~12米左右，坯料单重1.5~3吨。轧制线多为平-立交替布置，实现全线的无扭转轧制。机架的多少按照一个机架轧制一道的原则确定。轧机多为偶数道次组合，对于不同的坯料规格和成品尺寸有18架、20架、22架甚至24架的小型轧机，18架为主流。速度可调、微张力和无张力轧制是现代全连续式小型轧机的明显特点。粗轧和中轧的部分机架为微张力控制，中轧的部分机架和精轧机组为无张力控制，以保证产品的尺寸精度。连续式轧机一般设置6～10个活套，甚至有的多达12个活套。棒材轧制是所有轧材中最容易实现的品种，它可以有多种方式。从三辊横列式，到扭转二重式，从各种半连续式到全连续式，都能生产棒材，但其产量、尺寸精度、成材率、合格率却都大不一样。三辊轧机刚度低，加热温度的波动必然带来严重的产品尺寸波动，加上横列式速度慢、轧制时间长，导致轧件头、尾温差加大，容易尺寸不一致，并且性能不均，产量很低，质量波动很大，优质率极低。全连续轧机一般采用平立交替，轧件无扭，事故少、产量高，可以实现了大规模的专业化生产和组织性能控制.同时轧机采用高刚度，控制自动化程度较高，使尺寸精度和合格率得到很大提高，尤其成材率提高，减少回炉炼钢的浪费。目前，棒材轧制多采用步进式加热炉、高压水除鳞、低温轧制、无头轧制等新工艺，粗轧、中轧向适应大坯料及提高轧制精度方向发展，精轧机主要是提高精度和速度。目前使用的棒材先进的生产技术有以下几种：1.直接使用连铸坯普通碳素钢和低合金钢小型轧机、大部分合金钢小型轧机都以连铸坯为原料，并且以连铸坯为原料的合金钢钢种和品种还在进一步扩大。普碳钢小型轧机使用的坯料断面应在130×130mm～150×150mm左右，坯料单重1.5～2.0吨，甚至达2.5吨。单重增加切头切尾量相对减少，定尺率高，有利于提高金属的收得率。连铸技术的进步是推动包括小型轧机在内的整个冶金技术发展最重要的动力。高速连铸技术已成功地以4.3m/min的拉速生产130×130mm的连铸坯。随着合金钢连铸技术水平的提高，像优质碳素钢、合金结构钢、弹簧钢、奥氏体不锈钢、轴承钢等现在都可直接进行连铸。合金钢连铸坯向中断面过渡的趋势将加快，更多的合金钢钢种和品种正在采用160×160mm～240×240mm的连铸坯，300×300mm以上的大方坯的数量在逐渐减少。2.连铸坯热送热装连铸坯在650～1000℃的温度下，直接装入小型轧机的加热炉中加热，可使加热燃料消耗降低25%～75%。可减少金属损失，同时，直接热装还可减少加热的氧化损失。又能减小或取消中间存储面积，减少操作设备和人员。可提高生产率。直接热装使投料至成品的生产周期由两周缩短至几小时。因此直接热装是当前小型和线材轧机节约能耗，减少生产成本最直接有效的措施之一，无论新建还是改造的小型轧机都竞相采用这一工艺。直接热装的前提条件是：生产无缺陷的连铸坯。3.采用步进式加热炉20世纪80年代末到90年代初，建设的连续式加热炉多采用步进式加热炉，90年代中期以后的钢坯加热多采用侧进侧出的全梁式步进炉。而蓄热式加热炉可节能约35%，缩短钢坯加热时间，降低烧损等优点而得到重视。4.低温轧制工艺常规的轧制温度是在奥氏体区轧制，低温精轧是指在最后几道次的形变发生在正火或热机精轧工艺对应的温度范围内。低温轧制的优点是结构组织的细化将生产细化的晶粒尺寸，改善了低温韧度，可获的良好的力学性能。5.无头轧制工艺无头轧制技术是指在加热炉出口侧将钢坯两端焊接起来，轧制一根理论上无限长的钢坯。这种轧制方法由于消除了皮料间隔时间，从而增加了纯轧时间，减少了切头切尾损失，提高了金属收得率，而且稳定轧制设设备的冲击减少，减少设备维护，提高了产量和降低了成本。6.切分轧制切分轧制的原理是在轧制过程中用轧辊或其他方法将轧件沿纵向剖分成两条或多条轧件，变单条轧制为多条轧制。近年来，国内热轧棒材厂使用切分轧制技术生产Φ12—Φ20螺纹钢筋的应用越来越普遍，已将切分轧制技术作为提高小规格品种产量的最佳途径采用切分轧制技术生产小规格螺纹钢筋发生的工艺故障要明显多于单线生产，生产过程中，为了消除对轧制影响的各种不利因素，必须时刻切记2或3根轧件的均匀性和一致性，力争杜绝产生线差。另外，要时刻掌握轧制的动态，善于从轧辊、导卫的磨损和轧件的咬入、扭转角度、立活套高度、堆拉关系、2或3根钢长度差等现象中及时发现故障苗头，以及堆钢事故中分析故障的根源，果断的采取相应措施，调整孔型和导卫，预防和避免故障的发生。总之，只要我们坚持预防为主的方针，通过对导卫轧机的正确把握和调整，严格控制钢料尺寸，生产中要做到勤观察，多检查，及时消除事故隐患，保障切分轧制的顺行，降低其工艺故障率是完全可实现的。7.采用无孔型轧制无孔型轧制即在不刻轧槽的平辊上，通过方一矩形变形过程，完成延伸孔型的任务；减小断面到一定程度，再通过数量较少的精轧孔型，最终轧制成方、圆、扁等简单断面轧件。无孔型轧制为一种轧制形变新工艺，与孔型轧制相比，其显著优点为：（1）由于轧辊不刻槽，轧辊辊身和硬度层被充分利用，轧辊耐磨性好、磨损小，一般可提高轧辊使用寿命2～4倍；（2）单架轧机轧件变形量大，可减少轧机使用数量；（3）工艺共用性强，可满足不同规格配料共用，减少换辊换槽次数，提高轧机作业率，同时减少备件库存量；（4）轧制横向分布均匀，而且非稳定变形区较窄，轧件头尾部缺陷少；（5）轧辊加工简单，车削量少，降低维修费用和轧制成本。例如莱钢现棒材厂第二轧钢车间成功实施无孔型轧制工艺并在其他轧线推广，解决了150方坯和160方坯共用问题，达到提高生产率，降低轧辊和导卫消耗，降低工人劳动强度和减少固定资产投入等效果，提高月产9000吨左右，降低吨钢成本7.89元。无论是工艺件消耗、机加工成本，还是能耗、成材率、生产率等，各项指标均明显提升，具有良好的经济效益和社会效益。无孔型轧制轧件稳定性影响因素主要有：轧件高宽比、道次压下率、相对导板间隙等。通过制定合适的压下规程，选择好导卫的结构形状、导卫尺寸及导卫材质，可保证无孔型轧制的过程稳定。轧机的组成机架数主要考虑成品规格、原料规格和轧制钢种，不同钢种产品采用的变形延伸系数不同，如普通碳素钢和低合金钢为1.29~1.30，中合金钢为1.27~1.28，高合金钢为1.24~1.26，轧制特种高合金钢，其平均延伸还要更小。我国新建的优质钢小型材生产线多由22~24架轧机组成，呈6—6—6—4布置，也可呈6—8—4—4布置，最后4架为三辊减定径机。如选用180×180mm或200×200mm连铸坯为原料，从轧件的咬入条件和轧辊的强度考虑，粗轧机组轧辊辊径多选择Ф650mm。目前有趋势将粗轧机组辊径适当加大，如采用200×200mm~220×220mm坯料，粗轧机组轧辊辊径可选用Ф750mm。这是因为较大辊径有利于轧件变形的渗透性，可以改善其变形的均匀性。优质钢和合金钢小型轧机布置的一大特点是粗、中轧机组问采用脱头轧制。因为坯料规格比较大，而最末架轧机受冷床的限制，其轧制速度不能太高(最大轧制速度18m/s)，为保证第1架轧机的入口速度不小于0.1m/s，需将粗、中轧机组问的距离拉开，不形成连轧。实践表明，采用200×200mm及以上规格原料、轧制合金工具钢、马氏体不锈钢时，第1架轧机的咬入速度应不小于0.2m/s，在此条件下变形速度较快，轧件表面温降较小，可避免产生表面裂纹。我国抚顺钢厂的合金钢小型轧机采用了“脱头轧制”工艺，后为多家企业效仿，成为这类轧机的一种标准布置[4]。河北唐钢选用165mm×165mm×12m连铸方坯，生产Ф12~40mm带肋钢筋、Ф14~50mm圆钢；直条供货，成品交货定尺6~12m。粗、中、精轧机组分别设置6轧机，实现全连续无扭轧制。粗轧机为悬臂式BSS轧机，规格为Ф685×4、Ф510×2；中、精轧机为短应力线整体更换轧机，规格为Ф460×6、Ф430×2、Ф365×4。14#、16#和18#轧机均为平—立可转换轧机。全线轧机呈平—立交替布置。1#～10#轧机采用电流记忆法微张力轧制，11#～18#轧机采用7个立活套实现无张力轧制，轧线采用计算机自动控制，实现单线全连轧。同时，该厂采用低温轧制技术，钢坯开轧温度仅为950℃。另外，用165mm×165mm方坯轧制Ф12mm和Ф14mm带肋钢筋时采用3线切分，生产Ф16mm带肋钢筋时采用2线切分。2003年6月，应用德国巴登钢铁工程公司(BSE)的四切分轧制技术的唐钢棒材厂四切分轧制生产线顺利投产，该生产线轧制Ф4×12m，棒材的速度为12.2m/s，生产能力为1