4 棒、線材生產
4.1 棒、線材的品種和用途
4.1.1 棒、線材的品種和用途
棒材是一種簡單斷面型材，一般是以直條狀交貨。棒材的品種按斷面形狀分為圓形、方形、扁和六角形以及建築用螺紋鋼筋等幾種，後者是週期斷面型材，有時被稱為帶肋鋼筋
線材是熱軋產品中斷面面積最小，長度最長而且呈盤捲狀交貨的產品。線材的品種按斷面形狀分為圓形、方形、六角形和異型。棒、線材的斷面形狀最主要的還是圓形。
國外通常認為，棒材的斷面直徑是9～300mm，線材的斷面直徑是5～40mm，呈盤捲狀交貨的產品最大斷面直徑規格為40mm。隨著大功率吐絲機的能力的提高，盤狀交貨的最大斷面直徑已達到了52mm。國內約定俗成地認定為：
棒材車間的產品範圍是斷面直徑為10～50mm，線材車間的產品斷面為5～10mm。而隨著棒、線生產裝備水平的提高，其棒、線材的產品範圍會有所變化。棒、線的分類及用途見表17—1。
表17—1 棒、線材的產品分類及用途
棒、線材不僅用途很廣而且用量也很大，它在國民經濟各部門中占有重要地位。棒、線材的用途概括起來可分為兩大類：
一類是產品可被直接使用，主要用在鋼筋混凝土的配筋和焊接結構件方面。
另一類是將棒、線材作為原料，經再加工後使用，主要是通過拉拔成為各種鋼絲，再經過捻製成為鋼絲繩，或再經編製成鋼絲網；經過熱鍛或冷鍛成鉚釘；經過冷鍛及滾壓成螺栓，以及經過各種切削加工及熱處理製成機器零件或工具；經過纏繞成型及熱處理製成彈簧等等。表17一2所列是由線材製成的各類用途金屬製品。
表17-2 線材製品及用途
4.1.2 線材產品的質量要求
4.1.2.1 效能要求
由於棒、線材的用途廣泛，因此市場對它們的質量要求也是多種多樣的，根據不同的用途，對力學強度、冷加工效能、熱加工效能、易切削效能和耐磨效能等也各有所偏重。總的要求是：提高內部質量，根據深加工的種類，材料本身應具有合適的效能，以減少深加工工序，提高最終產品的使用效能。
用作建築材料的螺紋鋼筋和線材，主要是要保證化學成分並具有良好的焊接效能，要求物理效能均勻、穩定，以利於冷彎，並有一定的耐蝕性。
作為拔絲原料的線材，為減少拉拔道次，要求直徑較小，並保證化學成分和物理效能均勻、穩定，金相組織盡可能索氏體化，尺寸精確，表面光潔，對脫碳層深度、氧化鐵皮等均有一定要求。脫碳不僅使線材的表面硬度下降，而且使其疲勞強度也降低。減少熱軋線材表面氧化不但可提高金屬收得率，而且還可以減少二次加工前的酸洗時間和酸洗量。
近年來，隨著線材軋後冷卻較普遍採用了控制冷卻法，使氧化鐵皮厚度大大減少，降低了金屬消耗，從而提高了成材率。市場對一般棒、線材產品的質量要求見表17—3。
表17—3 市場對棒、線材產品的質量要求及生產的對策
17.1.2.2 尺寸精度要求
一般建築用的棒、線材由於使用的特點對其斷面尺寸精度的要求並不高。而對於其後續需進行深加工的棒、線材產品，由於其斷面尺寸精度對其後續加工的影響較大，故使用者對棒、線材的尺寸精度要求越來越高，特別是合金棒材和硬線產品。隨著棒、線工藝技術和裝備水平的不斷提高，高速線材產品斷面尺寸精度能達到±0.
1mm(對5.5—8.0mm的產品而言)及±0．2mm(對9.
0—16mm產品及盤條而言)，斷面不圓度不大於斷面尺寸總偏差的80％。近年來又出現了成圈前的規圓裝置，能把斷面尺寸偏差控制到±0．05mm。棒材產品斷面尺寸精度控制在±0．1～±0．3mm。
4.1.3 棒、線生產的特點和生產工藝
棒、線材的斷面形狀簡單，用量巨大，適於進行大規模的專業化生產。其中線材的斷面尺寸是熱軋材中最小的，所使用的軋機也應該是最小型的。從鋼坯到成品，軋件的總延伸非常大，需要的軋制道次很多。
線材的特點是斷面小，長度大，要求尺寸精度和表面質量高。但增**重、減小線徑、提高尺寸精度之間是矛盾的。因為盤重增加和線徑減小，會導致軋件增加，軋制時間延長，從而軋件終軋溫度下降，頭尾溫差加大，結果造成軋件頭、尾尺寸差不一致，並且效能不均。
正是由於上述矛盾，推動了線材生產技術的發展。而其生產技術發展的標誌就是高速軋制和控軋和控冷技術。
17.1.3.1 坯料
棒、線材的坯料現在各國都以連鑄坯為主，對於某些特殊鋼種有使用初軋坯的情況。為兼顧連鑄和軋制的生產，目前生產棒、線材的坯料斷面形狀一般為方形。連鑄時希望坯料斷面大，而軋制工序為了適應小線徑、**重，保證終軋溫度，則希望坯料斷面盡可能小，兼顧兩者的情況，目前棒、線材坯料的斷面一般為邊長120mm～150mm的方坯。
坯長較長，一般在10m以上，最長達22m。
連鑄可以明顯節能、提高產品質量和收得率，有巨大的經濟效益，這已經在普通鋼種上得到了廣泛應用，也正在向高檔鋼材和特殊鋼種的生產迅速擴大。對硬線產品和機械結構用鋼，由於中心偏析和壓縮比等問題，連鑄質量較難保證，但隨著電磁攪拌、低溫鑄造等技術的明顯進步，使這些鋼種也可以採用連鑄坯進行生產了。
當採用常規冷裝爐加熱軋制工藝時，為了保證坯料全長的質量，對一般鋼材可採用目視檢查，手工清理的方法。對質量要求嚴格的鋼材，則採用超聲波探傷、磁粉或磁力線探傷等進行檢查和清理，必要時進行全面的表面修磨。棒材產品軋後還可以探傷和檢查，表面缺陷還可以清理。
但線材產品以盤卷交貨，軋後難以探傷、檢查和清理，因此對線材坯料的要求應嚴於棒材。
採用連鑄坯熱裝爐或直接軋制工藝時，必須保證無缺陷高溫鑄坯的生產。對於有缺陷的鑄坯，可進行**檢測和熱清理，或通過檢測將其剔除，形成落地冷坯，進行人工清理後，再進入常規工藝軋制生產。
17.1.3.2 加熱和軋制
（1）加熱。在現代化的軋制生產中棒、線材的軋制速度很高，軋制中的溫降較小甚至還出現公升溫，故一般棒、線軋制的加熱溫度較低。加熱要嚴防過熱和過燒，要儘量減少氧化鐵皮。
對易脫碳的鋼種，要嚴格控制高溫段的停留時間，採取低溫、快熱、快燒等措施。對於現代化的棒、線材生產，一般是用步進式加熱爐加熱，由於坯料較長，爐子較寬，為保證尾部溫度，採用側進側出的方式。為適應熱裝熱送和連鑄直接軋制，有的生產廠採用電感應加熱、電阻加熱以及無氧化加熱等。
（2）軋制。為提高生產效率和經濟效益，適合棒、線材的軋制方式是連軋，尤其在採用cc—dhcr或cc—dr工藝時，就更是如此。連軋時一根坯料同時在多機架中軋制，在孔型設計和軋制規程設定時要遵守各機架間金屬秒流量相等的原則。
在棒、線材軋制的過程中，前後孔型應該交替地壓下軋件的高向和寬向，這樣才能由大斷面的坯料得到小斷面的棒、線材。軋輥軸線全平布置的連軋機在軋制中將會出現前後機架間軋件扭轉的問題，扭轉將帶來軋件表面易被扭轉導衛劃傷，軋制不穩定等問題。為避免軋件在前後機架間的扭轉，較先進的棒、線軋機，其軋輥軸線是平、立交替布置的，這種軋機由於需要上傳動或者是下傳動，故投資明顯大於全平布置的軋機。
生產軋制道次多，而且連軋，一架軋機只軋制乙個道次，故棒、線材車間的軋機機架數多。現代化的棒材車間機架數一般多於18架。線材車間的機架數為21～28架。
（3）線材的盤重加大，線材直徑加大。線材的乙個重要用途是為深加工提供原料，為提高二次加工時材料的收得率和減少頭、尾數量，生產要求線材的盤重越大越好，目前1～2噸的盤重都已經算是較小的了，很多軋機生產的線材盤重達到了3～4噸。由於這一原因，線材的直徑也越來越粗，到2023年，國外已經出現了直徑為60mm的盤捲線材，我國現在也有幾家正在建設中的**卷生產線。
（4）控制軋制。為了細化晶粒，減少深加工時的退火和調質等工序，提高產品的機械效能，採用控制軋制和低溫精軋等措施，有時在精軋機組前設定水冷裝置。
17.1.3.3 棒、線材的冷卻和精整
棒材一般的冷卻和精整工藝流程如下：
精軋→飛剪→控制冷卻→冷床→定尺切斷→檢查→包裝
餘熱淬火探傷）
由於棒材軋制時軋件出精軋機的溫度較高，對優質鋼材，為保證產品的質量，要進行控制冷卻，冷卻介質有風、水霧等等。即使是一般建築用鋼材，冷床也需要較大的冷卻能力。
有一些棒材軋機在軋件進入冷床前對建築用鋼筋進行餘熱淬火。餘熱淬火軋件的外表面具有很高的強度，內部具有很好的塑性和韌性，建築鋼筋的平均屈服強度可提高約1/3。
線材一般的精整工藝流程如下：
精軋→吐絲機（線材）→散卷控制冷卻→集捲→檢查→包裝
線材精軋後的溫度很高，為保證產品質量要進行散卷控制冷卻，根據產品的用途有珠光體型控制冷卻和馬氏體型控制冷卻。
17.2 棒、線材軋機型別和生產工藝
17.2.1 普碳棒材軋機型別和生產工藝
為了獲得最好的投資回報率和投入產出率，面對當今劇烈的市場競爭，今天鋼鐵生產最重要的目標是：高產量、高效率、低成本、高質量、高的靈活性。為了實現上述目標，近來來全連續小型連軋機的發展趨勢是建造單一品種的軋機，採用更專業化的生產工藝。
當今流行的普碳鋼型、棒材連軋機的型別主要有三種型別：
第一種是通用的高速軋制的鋼筋軋機；第二種是四切分的高產量的鋼筋軋機；第三種是生產從小型到中型型鋼、扁鋼、工字鋼和棒材的多品種棒材軋機。
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