(金属轧制工艺学)11-棒线材生产课件

轧制理论与工艺

RollingTheory

andTechnology11棒、线材生产

Chapter11Rodandwireproducing

2023/6/3211棒、线材生产1棒、线材的种类和用途2棒、线材生产特点及工艺3棒线材轧制的发展方向4棒线材轧机的布置型式5棒线材的控制冷却和余热淬火总结2023/6/33棒、线材生产现状2011年，我国棒材、钢筋、盘条(线材)产量合计为3.46亿吨，同比增长15.06%。支撑棒线材生产的三大需求点：

公路建设、住宅建设和城镇化建设国际原料价格上涨，成本压力不断加大棒线材生产厂家，要生存下来必须开发新的产品品种，贴近市场客户需求，在生产中严格执行工艺要求提高产品质量，努力增加本厂产品的市场竞争力。2023/6/341棒、线材的种类和用途棒材：定义：一种简单断面型材，一般以直条状交货。断面形状：圆形、方形、六角形、螺纹钢筋等断面直径：国外：9~300mm，国内：10~50mm。线材：定义：热轧产品中断面面积最小，长度最长且成盘卷状交货的产品。断面形状：圆形、方形、六角形和异型。断面直径：国外：5~40mm，国内：5~10mm。2023/6/35常见的棒、线材产品2023/6/36线材产品介绍（1）预应力钢丝钢绞线目前的产品规格为Φ7.0-13.0SWRH82B、SWRH82B-1

按盘条的原始强度选择不同钢种面缩率高微合金化技术

2000MPa级钢绞线用钢

SWRS82B镀锌钢丝用钢2023/6/37线材产品介绍（2）钢帘线用钢成功生产LX72、LX82B钢帘线专用盘条夹杂物控制技术夹杂物无害化技术夹杂物宽度≤5μm的占80%以上，100%控制在10μm以下2023/6/38线材产品介绍（3）弹簧钢55SiCr、50CrV、60Si2Mn60Si2Cr、65Mn用途：气门簧、悬挂簧、普通用途夹杂物控制技术夹杂物最大宽度控制在15μm以内盘条表面脱碳控制技术60Si2Mn疲劳寿命≥20万次55SiCr疲劳寿命≥1000万次2023/6/39线材产品介绍（4）焊丝钢CO2气体保护焊丝、埋弧焊丝ER70S-6、H10Mn2G、H10Mn2等系列H10Mn2G低温冲击性能BH08MnMoTiB用于管线钢焊接，适合高速拉拔2023/6/310线材产品介绍（5）冷镦钢SWRCH6A-22A、SWRCH10K-50K、SCr440、SCM435、ML15MnVB等系列适于生产内六角等复杂变形特点的冷顶锻件应用于汽车、大桥等重点项目与工程高级合金高强度螺栓用钢2023/6/311我国线材的主要用途2023/6/312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得汽车零件、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棒、线材的产品分类和用途2023/6/313棒、线材的种类和用途建筑结构用线材Q235制品原料用高碳钢线材60#~80#、82B拉拔用线材10#~20#、Q195-Q235/F电焊条用线材H08、H10弹簧用线材60Si2Mn冷镦铆螺用线材BL2、BL3、ML10-45其它用途线材典型分类与代表钢种2023/6/314市场对棒、线材的质量要求由于棒线材用途广泛，因此，要求多种多样。市场对棒线材质量总的要求：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，以减少深加工的工序，提高最终产品的使用性能。建筑螺纹钢：保证化学成分，可焊性，物理性能均匀，稳定，利于冷弯，耐蚀等。拔丝线材：直径较小，化学成分，物理性能均匀，稳定，尽量索氏体化，尺寸精确，表面光洁，脱碳层深度、氧化铁皮，夹杂物含量控制等。2023/6/315市场对棒、线材的质量要求钢种市场需求、发展动向对应生产措施建筑用螺纹钢筋高强度、低温韧性、耐盐蚀严格控制成分机械结构用钢淬火时省去软化退火，调质可以提高强度软化材料（控制成分、控轧控冷）减少偏析弹簧钢高强度、耐疲劳严格控制成分，减少夹杂易切削钢提高车削效率和刀具寿命控制夹杂物冷加工材减少冷锻开裂减少拉拔道次省略软化退火消除表面缺陷高精度轧制软化材料硬线、轮胎用线材减少断线提高强度消除表面缺陷和内部偏析控制冷却严格控制成分市场对部分棒、线材产品的质量要求和生产对策2023/6/316棒、线材的生产特点和生产工艺棒线材生产特点棒、线材的断面形状简单，用量巨大，适于进行大规模的专业化生产。（国内占总产量40％，世界最高）线材的断面尺寸是热轧材中最小的，所用的轧机是最小型的。轧件的总延伸非常大，需要的轧制道次很多。线材的特点是断面小，长度大，尺寸精度和表面质量要求高。但增大盘重、减少线径与提高质量、尺寸精度是矛盾的。2023/6/317棒、线材的生产工艺坯料：连铸坯为主，初轧坯方坯：120~150mm，尽量截面小，坯料长Max：22m检查与清理（线材坯料要求严于棒材）加热与轧制冷坯加热（连铸坯热装加热）→

粗轧→中轧→（线材预精轧）

→精轧→冷却→精整2023/6/318棒、线材的生产工艺加热与轧制加热棒、线轧制的加热温度较低；步进式加热炉（侧近侧推）；轧制棒、线材的合适轧制方式是连轧；轧机平立（VH布置）交替布置；棒材轧机一般超过18架，线材轧机的机架数为21~28架；线材的盘重加大，线材直径加大控制轧制（细化晶粒）2023/6/319棒、线材的生产工艺冷却和精整棒材：精轧→飞剪→控制冷却（余热淬火）→冷床→定尺切断→检查（探伤）→包装（建筑钢筋余热淬火后，屈服强度可提高1/3）线材：精轧→吐丝机→散卷控制冷却→集卷→检查→包装2023/6/320棒线材轧制的发展方向连铸坯热装热送或连铸直接轧制柔性轧制技术高精度轧制提高轧制速度切分轧制低温轧制无头轧制2023/6/321连铸坯热装热送或连铸直接轧制目前，高档材也可以连铸坯生产，但不能提供无缺陷坯料；发展连铸无缺陷坯技术、坯料热状态表面缺陷和内部质量技术；连铸坯以650~800℃热装热送，提高加热炉能力30%~45％，同时减少钢坯的库存量，减少设备和操作人员，缩短生产周期，加快资金周转，有巨大的经济效益。2023/6/322连铸坯热装热送或连铸直接轧制直接轧制定义：连铸坯不经过再加热而直接送至成品轧机轧制成材的一种方法；直接轧制可省掉钢坯冷却和清理仓库存放及中间加热工序；前提保证无缺陷钢坯，在线检查和在线清理；保证轧制温度。2023/6/323柔性轧制技术对于小批量、多品种的生产，改变规格和品种时，轧机停机时间增加。为了减少停机，采用无孔型轧制、共用孔型等迅速改变轧制规程，改变品种规格；长寿命、快速换辊等技术。2023/6/324高精度轧制影响轧件尺寸的因素：用户要求越来越高；宽度上的尺寸；机架间的张力和轧件的头尾温差；提高轧件尺寸精度的办法：采用真圆孔型和三辊孔型控制轧件的高和宽；在成品孔型后设置专门的定径机组（规圆机）；采用尺寸自动控制AGC系统。棒线材尺寸精度达到±0.10mm2023/6/325提高轧制速度高速轧制盘重大、断面小小辊径、高轧速棒材轧机的终轧速度17-18m/s；线材轧机的终轧速度100-120m/s；2023/6/326低温轧制好处：轧制中温降小，甚至升温，可以低温轧制；可以降低能耗，提高产品质量，创造经济效益。两种规程：降低开轧温度降低开轧温度，同时降低终轧温度至再结晶温度以下。2023/6/327切分轧制定义：轧制过程中把一根轧件利用孔型的作用轧成两个或两个以上形状相同的并联轧件，再利用切分设备或轧辊环将并联轧件沿纵向切分成两个或两个以上的单根轧件。将单条轧制变为多条轧制。切分方法：轮切法、辊切法、圆盘剪法、火焰切分法切分轧制优点：大幅度提高产量；扩大产品规格范围；能耗、轧辊消耗减低2023/6/328四线切分轧制K1~K7孔型图2023/6/329无头轧制提高轧机产量和金属收得率：提高转速、多线切分等技术；增大轧件重量；采用更大断面尺寸的坯料；采用更长的坯料。无头轧制优点：减少切损；100％定尺；生产率高；对导卫和孔型无冲击，不缠辊；尺寸精度高。2023/6/330棒线材轧机的布置型式棒线材轧机的发展过程横列式轧机单列式和多列式棒、线材轧机布置图（a）单列式(b）多列式2023/6/331棒线材轧机的布置型式棒线材轧机的发展过程半连续式轧机半连续式轧机1-粗轧机组，2-中轧机组，3-精轧机组，4-卷线机复二重式线材轧机布置示意图(a)粗轧为横列式；(b)粗轧为跟踪式；(c)粗轧机为连续式2023/6/332棒线材轧机的布置型式棒线材轧机的发展过程传统连续式轧机连续式线材轧机布置示意图1-加热炉，2-粗轧机组，3-中轧机组，4-预精轧机组，5-精轧机组，6-卷线机20世纪40年代连续式轧机20世纪50年代精轧平立交替连续式轧机2023/6/333棒线材轧机的布置型式棒线材轧机的发展过程Y型三辊式线材精轧机组Y型三辊式线材精轧机组孔型系统2023/6/334棒线材轧机的布置型式现代化棒线材轧机现代化棒材轧机型、棒材一体化节能轧机现代化线材轧机摩根型轧机（2/3)、德马克型、阿希洛型轧机、Y型轧机以及泊米尼型等。此外，还有克虏伯型、摩格斯哈玛型、达涅利型和台尔曼型等机组。2023/6/335现代化线材轧机提高轧制速度的好处：大幅度提高产量提高产品质量增大盘卷降低产品成本摩根公司第Ⅰ代至第Ⅵ代的三种速度列表2023/6/336摩根轧机发展摩根轧机发展2023/6/337棒线材的控制冷却和余热淬火控制冷却和余热淬火是提高钢材使用性能的行之有效、经济效益好的措施。线材控制冷却的主要优点：（1）提高了线材的综合机械性能，改善了均匀性；（2）改善了金相组织，使晶粒细化；（3）减少氧化损失，缩短酸洗时间；（4）降低线材轧后温度，改善劳动条件；（5）提高了产量，有利于线材二次加工。2023/6/338棒线材的控制冷却和余热淬火螺纹钢筋轧后余热淬火处理

余热淬火处理的基本原理

在钢筋(棒材)终轧后的组织仍处于奥氏体状态时，利用其本身的余热在轧钢作业线上直接进行热处理，将热轧变形与热处理有机结合在一起，通过对工艺参数的控制，有效地挖掘出钢材性能的潜力，获得热强化的效果。2023/6/339螺纹钢筋余热淬火处理工艺特点余热淬火处理工艺特点（1）可以在轧制作业线上，通过控制冷却工艺，强化钢筋，代替重新加热进行淬火、回火的调质钢筋。（2）选用碳素钢和低合金钢，采用轧后控制冷却工艺，可生产不同强度等级的钢。（3）设备简单，不用改动轧制设备，只需在精轧机后安装一套水冷设备。（4）在奥氏体未再结晶区终轧后快冷的余热强化钢筋在使用性能上存在一个缺点，即应力腐蚀开裂倾向较大。2023/6/340余热淬火的工艺过程余热淬火的工艺过程钢筋的余热淬火工艺是首先在表面生成一定量的马氏体（要求不大于总面积的33%，一般控制在10-20%之间），然后利用心部余热和相变热使轧材表面形成的马氏体进行自回火。根据冷却的速度和断面组织的转变过程，可以分为三个阶段：2023/6/341余热淬火的工艺过程的三个阶段第一阶段为表面淬火阶段（急冷段），钢筋离开精轧机在终轧温度下，尽快地进入高效冷却装置，进行快速冷却。芯部温度很高，仍处于奥氏体状态。表层则为马氏体和残余奥氏体组织。第二阶段为空冷自回火阶段，钢筋通过快速冷却装置后，在空气中冷却。此时钢筋截面上的温度梯度很大，芯部热量向外层扩散，传至表面的淬火层，使已形成的马氏体进行自回火，可以转变为回火马氏体或回火索氏体，表层的残余奥氏体转变为马氏体，同时邻近表层的奥氏体根据钢的成分和冷却条件不同而转变为贝氏体、屈氏体或索氏体组织，而芯部仍处在奥氏体状态。第三阶段为心部组织转变阶段，芯部奥氏体发生近似等温转变，转变产物根据冷却条件可分为铁素体和珠光体或铁素体、索氏体和贝氏体。

2023/6/342线材控制冷却根据轧后控制冷却所得到的组织不同，线材控制冷却主要分为两个类型：珠光体型控制冷却在冷却过程中使钢材获得索氏体组织马氏体型控制冷却通过轧后淬火回火处理，得到中心索氏体，表面是回火马氏体的组织2023/6/343珠光体型控制冷却原理为了获得有利于拉拔的索氏体组织，线材轧后应由奥氏体化温度急冷至索氏体相变温度下进行等温转变，可得到索氏体组织。w(C)=0.5%钢的等温转变曲线w(C)=0.5%，w(Si)=0.53%，w(Mn)=0.23%2023/6/344马氏体型控制冷却原理线材轧后以很短的时间进行强烈冷却，使线材表面温度急剧降至马氏体开始转变温度以下，使钢的表面层产生马氏体，在线材出冷却段以后，利用中心部分残留的热量以及由相变释放出来的热量使线材表面层的温度上升，达到一个平衡温度，使表面马氏体回火。最终得到中心为索氏体，表面为回火马氏体的组织。2023/6/345马氏体型控制冷却原理穿水冷却线材断面温度的变化简图2023/6/346线材控制冷却方法轧后穿水冷却方法斯太尔摩法施劳曼法2023/6/347线材控制冷却方法轧后穿水冷却方法线材轧后的温度常高达1000~1100℃，使线材在高温下迅速穿水冷却，具有细化钢材晶粒，减少氧化铁皮并改变铁皮结构使之易与清除，改善拉拔性能等优点。线材穿水冷却的效果主要取决于冷却的形式、冷却介质、以及冷却系统和控制等等。2023/6/348线材控制冷却方法斯太尔摩法线材出成品轧机通过水冷套管快速冷却至接近相变温度，然后经导向装置引入线圈形成器（吐丝机），线材在成圈的同时陆续落在连续移动的链式运输机上，使每圈相隔一定距离而成散圈。视钢种不同，在运输过程中可用鼓风机强制冷却，或自然空冷，或加罩缓冷，以控制线材组织性能。为了上述目的，运输机速度可调。当线圈冷却至相变完成温度（约550~4500℃）后，通过集卷器收集并打捆。

2023/6/349控制轧制和Stelmo