材料成型概论 第五讲 线棒材生产工艺

5.1 线棒材生产的一般概念
线材：φ4.6～38 mm 热轧型材中断面最小。
细长且成盘卷状态交货，称为线材或盘条。
棒材：
常见的品种是圆断面和螺纹钢，以直条形式交货 除此之外还有其他现状的断面棒材，如：方形、 扁形、六角形、八角形等 常见的规格φ14～28 mm ，最大的可达 φ380
mm
5.1 线棒材生产的一般概念
技术特点
人工喂钢，盘重80 ~ 90kg
125kg 300kg ~ 350kg
20世纪60年代 20世纪70年代
Y型轧机 摩根45°无扭 轧机
>1000kg
普线与高线轧机的区分
40m/s是区分高低速轧机的分水岭 普线轧机:低于40m/s的轧制速度； 高速线材轧机：高于40m/s轧制速度。
高速线材轧机的发展
5.2 棒材的品种及分类
棒材：
全部是传统型式的轧机设备，最新建设的生产线平、 立交替布置，精轧部分的轧机可旋转位置，呈水平和 垂直两种状态布置。水平布置可切分轧制；平、立交 替为单根轧制。
高速棒材： 精轧机组为高线机型，即辊环悬臂式轧机。 大棒材： 在传统轧机前面加开坯机，用于生产更大规格的 产品
5.3.2 线材生产特点
1.坯料特点
要求：终轧温度、小线径5.5～22mm,大盘重 采用：初轧坯 连铸坯, 尺寸：90x90～160x160 mm 最大断面160mm,最长22m 坯料表面/内部质量高
（1）初轧坯
对钢坯表面质量的要求是： (1)钢坯端面不得有缩孔、尾孔和分层； (2)钢坯表面应无裂缝、折叠、耳子、结疤、拉裂 和夹杂等缺陷； (3)钢坯表面缺陷必须沿纵向加工清除，清除处应 圆滑、无棱角，清除宽度不得小于清除深度的5 倍，表面清理深度不大于公称厚度的8％。
材料成型概论
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第五讲 线棒材生产
5.1 5.2 5.3 5.4 线棒材生产的一般概念 线棒材的品种及分类 线材生产工艺及设备 棒材生产工艺及设备
水箱
Water Boxes
夹送辊
Pinch Roll
往P/F线 to P/F Line
线材生产工序和车间布置
线材生产工序和车间布置
5.3.2 线材生产特点
由于线材断面小，长度大，并且要求的尺 寸精确和表面质量较高。生产特点如下： 1.坯料特点 2.加热特点 3.线材轧制的特点 4.线材轧机形式及布置特点 5.线材精整的特点
45优质碳素结构钢，直径6.5mm热轧盘条，C级精度、第5级 盘重（大于2000kg）。
棒材牌号表示
热轧带肋钢筋HRB ： Hot rolled Ribbed Bars 《热轧带肋钢筋》新标准(GB1499.2-2007)
HRB 335 ——热轧带肋螺纹钢 σb≥ 455MPa ( 20MnSi ) HRB 400 ——热轧带肋螺纹钢 σb≥ 540MPa HRB 500 ——热轧带肋螺纹钢 σb≥ 630MPa
5. 线材精整的特点
成卷冷却：卷取机、钩式冷却运输机和收 集打捆装置。 散卷冷却：水冷带，吐丝机、散卷冷却带、 集卷装置和自动打捆机。
精整
夹送辊 夹持程序有四种： 整根轧件全夹 夹头 夹尾 头尾夹
卧式吐丝机
斯太尔摩冷却线
标准型 延迟型
分为三种： 标准型、缓慢型、延迟型
（1）初轧坯
对钢坯内部质量的要求是： (1)钢坯低倍组织不得有肉眼可见的缩孔、分层、 气泡、裂缝、白点等； (2)对优质碳索结构钢和弹簧钢、轴承钢、冷撤钢 等合金钢种，根据需方要求做高倍检验，检查脱碳 层，检查钢中非金属夹杂，检查晶粒度是否达到规 定的要求。
（2）连铸坯
连铸坯最常见的表面缺陷是针孔及氧化结疤。 针孔要求磨去，严重时报废。100mm×100mm的高碳 钢方坯允许有2mm深的针孔。氧化结疤局部磨光即 可清除。 连铸坯因表面缺陷报废量约为钢锭的一半。严 格控制冶炼及浇注过程可以生产无缺陷连铸坯。 连铸坯的内部质量常以偏析、中心疏松和裂纹 的有无和轻重为判断依据。
表5.1 棒线材的产品品种及用途
注：碳钢及低合金结构钢的碳当量Wce
钢 种
碳钢 中、高碳钢 焊接用钢 弹簧钢 滚动轴承钢 冷顶锻用钢 不锈钢 工具钢 低合金钢
制品名称及用途
混凝土配筋、镀锌低碳钢丝、制钉、螺丝、金属网、电缆、 通讯线 螺丝、自行车辐条、胶管钢丝、发条、钢丝床、伞骨、衣架、 钢丝绳、预应力钢丝、钢绞线 焊条、焊丝 弹簧、钢丝 滚珠、滚柱 铆钉、螺栓、螺帽 防腐金属网、不锈钢焊条、耐热及非磁弹簧、高级铆钉、医 用缝合针 量具、刀具、模具、制针、钟表用钢丝、工具、琴弦 螺纹钢筋
宝钢高线轧制工艺流程
BAOSTEEL Wire Rod Mill production process flow diagram
加热炉区 Furnace Area 粗轧机组 Roughing Mill 中轧机组 Intermediate Mill
保温辊道
Insulated Roller Table
线材产量占钢材总产量的比例很大，一般线 材产量占钢材总产量的8～10%，而我国占20 ％以上；
热轧线材技术发展的回顾
线材轧制技术发展经历的4个阶段：
时 间
20世纪40年代 20世纪50年代
轧机类型
横列式轧机 半连续式轧机 连续式轧机
轧制速度
<10 m/s 15m/s 35m/s 60m/s >100m/s
高线轧机种类: 按轧辊的组装形式分
Y型轧机由7～13 架组成连轧机组 每架均由三个互 成120°布置的盘 状轧辊成。 相邻倒置布置， 轧制时无须扭转 翻钢。
高线轧机种类: 按轧辊的组装形式分
45°轧机由8～10 架组成连轧机组 每对轧辊均与地 平面成45°角， 前后两架轧辊轴 线互成90 °布置 轧制时无须扭转 翻钢。由1台或 2台直流电机带动
1966年世界上第一套高 速线材轧机诞生，轧制 速度达46.6米/秒。 经过了40多年的发展， 目前，高线轧机已经发 展到第六代，最高速度 达到了140米/秒。
高线轧机的发展：按轧制速度分
第一代，1966～1969年，轧制速度43～50m/s； 第二代，1970～1975年，轧制速度50～60m/s； 第三代，1976～1978年，轧制速度61～75m/s； 第四代，1979～1980年，轧制速度75～80m/s； 第五代，1981～1985年，轧制速度80～100m/s； 第六代，1986年以后，轧制速度100～120m/s。
棒线材的规格和牌号举例
SAE1008 冷拔丝用材， 美国汽车工程师协会标 准；10表示Mn含量低 于1%；08表示碳含量。
《热轧带肋钢筋》新标 准(GB1499.2-2007) 沙钢 BS460B 碳结钢
线材牌号表示
线材牌号
热轧盘条φ6.5-C-V-GB/T14981-94/45-GB699-1999
我国线材轧机情况
（l）1986年前，无高速线材轧机，高线比为零；线材自 给率为60％。国内线材缺口很大，每年进口线材200～300万 吨。国产线材质量较差，盘重小、化学成分不稳定、表面质 量差、尺寸公差大、性能也较差等。 （2 ） 1988～1992年，国产线材有很大改观，高线比近 30%，线材自给率达100%，进口逐年减少，出口逐年增加，历 史性变化的1991年，线材出口大于进口。 （3）1993～1994年，国产线材大幅增长，但满足不了国 民经济迅猛增长的需求，造成线材大量进口，线材自给率降 到历史最低点57％。 （4）1995～1999年，国产线材年净增长200万吨以上， 高速线材产量逐年大幅度提高，到1999年高线比达46.7%，这 是一个可喜变化。
高线轧制的优点
工艺特点：连续、高速、无扭和控冷。 其中高速轧制是最主要的工艺特点（此外，单线、 微张力、组合结构、碳化钨辊环和自动化 ）。 产品特点：盘重大、精度高、性能优。 好处：安全生产、调整方便、提高产量、质量优 良。 目前市场上约80%的线材成品由高速线材轧机生 产。
我国线材轧机情况
目前我国拥有线材轧机近110套，其中复二重轧机占一 半，横列式线材轧机有近30套（将逐步被淘汰）；其余40多 套属于高速线材轧机，其中从国外引进的高水平线材轧机有 20多套，国产高速线材轧机有近20套。2004年，全国线材生 产中，高线比已经超过55%；但优质硬线比约10%，精炼比不 到30％。 从20世纪90年代开始，我国线材高速化改造达到了高 潮，到2007年，我国已建成高速线材生产线58条。当前，由 于普线市场竞争越来越激烈，利润空间越来越小，国内各高 线厂都把目光投向利润空间相对较高的优线产品的开发与生 产。
夹送辊
Pinch Roll
1H 2V 3H 4V 5H 6V
C&C剪
C&C Shear
7H 8V 9H 10V 11H 12V 13H 14V 立活套 Uploopers
预精轧机组 Prefinishing Mill
精轧机组 Finishing Mill 2#A 2#B
侧活套 Sidelooper
水箱
Water BoxΒιβλιοθήκη Baidu
C&D剪
C&D Shear
侧活套 Sidelooper
水箱 Water Boxes
减定径机 Reducing and Sizing Mill 3#A 3#B 4#
吐丝机 Laying Head
STELMOR冷却线 STELMOR Cooling Line
集卷 Reform Station
3. 线材轧制的特点
3.高速无扭转轧机具有特殊的孔型系统
三角-弧边三角-圆孔型
椭圆-椭圆-圆孔型
弧菱-弧菱-圆孔型
椭-圆-椭-圆孔型
平-平-椭圆-圆孔型
5.3.2 线材生产特点
4.线材轧机形式及布置特点
二辊式或三辊式开坯机、平/立二辊式轧机，悬臂式 轧机、45°无扭轧机、Y型轧机、双机座复二重式。 开坯机 + 连轧机组的半连续式布置 粗轧连轧机组 + 复二重围盘式的半连续式布置 全连续式布置 轧机台数多、布置较复杂
5.2 线棒材的品种及分类
按断面形状分： 圆、方、六角、扇形和异形断面、螺纹钢(带肋钢筋) 按化学成分分： 1.软线（普通低碳钢）－ 2.硬线（中高碳素钢）－ 3.焊线（焊条用）－ 4.合金钢线材－ 4.不锈钢线材及特殊钢线材（轴承、工具、精密等）
80－90％
5.2 线材的品种及分类
按用途分类
1.热轧状态直接使用—— 建筑螺纹钢筋和线材包装 用； 2.二次加工后使用—— 拔丝、制钉等金属制品生产 商品钢丝及专用弹簧钢丝、焊丝、冷镦钢丝、 镀锌钢丝、通讯线、轮胎钢丝及钢帘线、 高强度钢丝及钢绞线、轴承钢丝、工具钢丝、 不锈钢丝、各种钢丝绳、钢钉、标准件等等。 发达国家线材加工比在70％左右，我国为30％左右
5.3.2 线材生产特点
2.加热特点 加热温度尽量高，坯料尾部温度稍高； 加热氧化脱碳少，钢坯不发生扭曲，不产生过热 过烧等； 加热炉采用端进侧出，或侧进侧出; 加热炉有：推钢式、步进式两种。
线材加热炉型式有两种
推钢式加热炉
通常为端进侧出 式，炉尾有推钢 机 ，炉头出钢机， 将钢坯推出加热炉
步进式加热炉
冷轧带肋钢筋CRB ： Cool rolled Ribbed Bars
CRB 550 ——冷轧带肋螺纹钢
预应力钢丝及钢绞线
高应力弹簧钢丝
焊丝用线材
冷镦钢丝用线材：螺钉、螺帽、螺栓等紧固件
轴承钢丝用线材 滚珠、滚锥、滚针
5.3 线材的生产工艺及设备
5.3.1 线材热轧工艺一般流程
坯料→加热→粗轧→中轧→预精轧→精轧→控制冷 却→吐丝机→散卷控制冷却→集卷→钩式冷却→检 验→标记包装。
通常为侧进侧出 式，炉内进钢辊 道.
一、钢坯加热温度 钢坯的加热温度主要根据Fe-C相图中组织转变温度来 确定，同时，必须满足轧钢工艺的要求，一般钢坯在 1050～1250℃ 。具体确定加热温度还要看钢种、钢坯 断面规格、控冷开始温度和轧钢工艺及设备的条件。
3. 线材轧制的特点
1.小辊径、高转速 线材小线径、大盘重和线材质量之间矛盾 轧制速度，100m/s 2.机架多、分工细 (一般21～25架) 粗轧机组：大延伸、低转速、多槽轧制 中轧机组： 精轧机组：小延伸、高转速、单槽多线轧制 增大