第二篇棒线材精整工艺学
第一章棒线材及主要产品
1、定义
1.1棒材：一种简单端面型材，一般以直条状交货。断面形状有：圆形、方形、六角形、螺纹钢筋等；断面直径：国内为10~50mm，国外为9~300mm。
随着我国经济建没的快速发展，我国制造业如机械加工、装配，基础设施如房屋、桥梁、道路以及重要能源、交通等得到快速增长，我国正处于经济快速发展时期，宏观经济和固定资产投资将保持持续增长。建筑行业是中国和发展中国家发展最快的行业之一，建筑用钢也得到长足发展，其中螺纹钢将是最大的建筑用钢材，在国民经济发展中起到至关重要的作用。据不完全统计，近年我国螺纹钢产量已经突破8000万吨。随着钢铁工艺技术的进步，螺纹钢材会不断更新换代，推出性能更好的新产品．满足用户不同的技术要求。
1.2线材：热轧产品中断面积最小，长度最长且成盘卷状交货的产品。断面现状有：圆形、方形、六角形和异型；断面直径：国内为5~50mm，国外为5~40mm。
线材在国民经济中的作用与地位是非常重要的，首先，线材产量占钢材总产量的比例很大、一般国家线材
产量占钢材总产旦的8％～10％，而我国却占20％以上；其次，线材用途十分广泛，除直接用作建筑钢材外，线材的深加工产品用途更为广泛和重要，例如各类商品钢丝及专用弹簧钢丝、焊丝、冷缴钢丝、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、标谁件等等，可以说遍布国民经济各个部门，是不可或缺的重要品种。国外先进工业国家线材加工比在70％左右，我国为30％左右。
2、用途
棒线材产品主要应用于建筑、机械、装配及金属制品等行业。随我国工业化、城镇化建设发展而发展。目前占钢材总量40%左右。
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。
表1-1  棒线材典型钢种与用途
图1-1  棒线产品主要应用领域
3、主要产品概述
3.1碳结钢
按含锰量不同可分为正常含锰量(0.25%-0.80%)和较高含锰量(0.70%-1.20%)两组，后者有较好的机械性能和加工性能。碳结钢的种类，按含碳量不同分为三类：低碳钢、中碳钢和高碳钢。
低碳钢包括碳结钢牌号为:08F，10F等，具有良好的塑性和韧性，常经表面热处理制造要求表面硬而耐磨、而心部有良好真心性的零件。低碳结钢的用途在于轧制薄板，深冲制品。
中碳钢包括碳结钢牌号为:15#碳结钢、20#碳结钢、35#碳结钢、45#碳结钢等，性能适中，经调质热处理有较高的综合力学性能，中碳结钢的用途在于制造尺寸较小的调质零件，包括拉杆，轴套，齿轮，活塞销，紧固件等。
高碳钢包括碳结钢牌号为:50#碳结钢、55#碳结钢、60#碳结钢、75#碳结钢等，则有较高的强度和硬度，高碳结钢的用途在于制造弹簧和要求耐磨的零件。碳结钢淬透性较差，不适用于制造对性能要求较高、截面尺寸较大或形状较复杂的零件。
3.2合金钢
合金钢中由于含有不同种类和数量的合金元素，并采取适当的工艺措施，便可分别具有较高的强度、韧性、淬透性、耐磨性、耐蚀性、耐低温性、耐热性、热强性、红硬性等特殊性能。
合金钢种类很多，通常按合金元素含量多少分为低合金钢（含量<5%），中合金钢（含量5%～10%），
高合金钢（含量>10%）；按质量分为优质合金钢、特质合金钢等。
表1-2 汽车常用合金钢
序号代表钢号主要用途
1 20Cr、20MnV 适于制造渗碳小齿轮、小轴、活塞销等
2 20CrMnTi 用于制造汽车、拖拉机上的齿轮
3 18Cr2Ni4WA、15CrMn2SiMo、
20Cr2Ni4A
用于制造大型渗碳齿轮和轴类件
4 40MnB、40Cr、35CrMo、
40CrMnMo 用于制造重要调质件，如主轴、曲轴、连连杆和齿轮等机械零件
5 65Mn、60Si2Mn 主要用于制造截面小于25mm的弹簧，如车箱板
簧和机车板簧、扭杆簧等
6 GCr15、GsiMnMoV 主要用于制造滚动轴承的内圈、外圈和滚动体3.3易切削钢
汽车行业对易切削钢的需求正逐步增加。目前我国汽车用易切削钢的年需求量为10 万吨左右（不包括拖拉机等农用机械用钢）。易切削钢在汽车整车的用量约占汽车总钢材用量的0.65%，而在国外这一比例大约是1.9%-2.1%。目前，易切削钢主要用于制造汽车的零部件，如曲轴、连杆、支杆转向条等行走部分的零部件、垫圈、凸缘、齿轮制动器、扭距扳手、轴、齿条、火花塞等。
3.4弹簧钢
主要用于汽车减震，在汽车板簧、螺旋弹簧、气缸阀簧、安全性阀簧等许多零部件上都有应用。
制作轿车悬架弹簧钢丝为高级弹簧钢丝，要求具有较高的强度、较长的疲劳寿命、效果好的减震性等性能，因此对弹簧钢线材的化学成分、夹杂物数量和形态分布、表面质量、脱碳层、显微组织及力学性能等要求较高。悬架弹簧要求表面脱碳层小于直径的0.5%、表面经磨光、疲劳寿命长、尺寸公差要求较严格、应无缺陷交货。
表1-3  弹簧钢钢种与应用
高应力弹簧主要指内燃机阀门弹簧、汽车悬挂簧、摇架簧等。近年来汽车行业要求气门簧工作应力由450MPa提高到800～900 MPa，疲劳寿命为2．5×107次不断裂，应力松弛率10年内在5％等。欧洲各国长期以来习惯用CrV钢，代表钢号是50CrV；近年来又大量使用CrSi钢，代表钢号是55CrSi。日本最近又开发了在CrSi钢基础上加钒及镍、妮等元素，综合性能优良，且每个弹簧重量比55CrSi钢号减轻22.6％。.
轿车、客车对悬架弹簧性能要求较高，以达到减小噪音、速度快、震动小、提高舒适度、弹性好、平稳性好等特性；重型及超重型载货车需要高强度悬架弹簧，悬架弹簧的技术发展趋势总体上为轻量化（高应力）、高可靠度，悬架弹簧设计应力普遍要求大于1100MPa，高的可达1200MPa；目前正从传统的1000MPa 级1200~1300MPa 级的高强度3.5非调质钢
用于制造载货汽车发动机连杆、曲轴、前轴、万向节叉、轮毂等。非调质钢系列标准牌号有YF35V、YF40V、YF45V、YF35MnV、YF40MnV、YF45MnV，F45X、F35MnVn、F40MnV 都是属于铁素体类型的。生产和使用非调质钢零件不经加热可直接使用，节约能源，避免固容热处理造成的裂纹与变形，力学性能均匀，经氮化处理后，耐磨性好，所以非调质钢属于高效钢材，近几年受到广泛注意，例如兴澄钢铁公司专为一汽、二汽研发易切非调质钢MnVS 系列，年需求量达5000 吨以上。汽车公司大约80％热锻件采用易切非调质钢，日本有代表性的汽车公司使用的全部特殊钢中，易切非调质钢占12.4％以上。3.6轴承钢
我国轴承钢中主要以高碳铬轴承钢为主，产量约占轴承钢总产量的90%，其余为渗碳轴承钢、高温轴承钢等。目前轴承钢的精炼比已经达到100%，连铸比平均47.56%，氧含量平均7.12-10.31ppm。
高碳铬轴承钢：价格便宜、可切削性好，耐磨性和抗滚动接触疲劳性好，广泛应用
轮胎钢丝
于滚动轴承内、外圈及滚动体。代表牌号：GCr9、GCr9SiMn、GCr15、GCr15SiMn 等。
渗碳轴承钢：采用低碳合金钢渗碳工艺制造，用于要求高耐磨性、高滚动接触疲劳性能和高韧性的轴承。代表牌号：G20CrMo、G20CrNiMo、G20CrNi2Mo、G20CrNi4、
G10CrNi3Mo、G20CrMnMo 等。
3.7齿轮钢
中国齿轮行业基本由三部分组成：工业齿轮、车辆齿轮和齿轮装备。其中，车辆齿轮市场份额达到60%；工业齿轮由工业通用、专用、特种齿轮构成，市场份额分别为18%、12%、8%；齿轮装备占市场份额的2%。
汽车齿轮主要用于汽车的齿轮箱，用于汽车的传动和变速。随着汽车尤其是轿车的提速，齿轮变速箱的最大扭矩不断提高，以桑车为例最大扭矩可以l45Nm（普桑）提高到200Nm（帕萨特）。这就要求汽车齿轮材料作相应的变化。一对啮合齿轮在运行过程中，齿面之间既有滚动，又有滑动，齿根部受到脉动和交变弯曲应力的作用。因此，高质量齿轮钢不但要有良好的强韧性、耐磨性，应能很好地承受冲击，弯曲和接触应力，而且还要求变形小，精度高和噪音低。
3.8冷镦钢
冷镦钢主要用于螺栓。 ML42CrMo（SCM440）钢用于12.9级螺栓，ML35CrMoZ（SCM435）钢用于10.9级螺栓，ML40Cr钢用于8.8级螺栓。高强度材料用于螺栓是中国标准中的ML35CrMo（GB/T6478-2001），在国际标准中被称为34CrMo（ISO863.1）。此外，德国KAMAX公司和日本AoyomaSeisakusho公司也同时生产这种材料。作为发动机部件的高强度螺栓材料通常是进口的，从德国进口的型号通常是27MnB4、23MnB4、32CrB4和32CrMo4（DINEN10263-4）；从日本进口的型号
通常是SCM435、SCM440（JISG4053），材料主要用于10.9级螺栓硼钢。
3.9帘线钢
钢帘线是线材制品中高技术含量产品，不但生产装备昂贵，生产工艺也非常复杂，是线材制品中质量要求最为严格的产品之一，所以是最难生产的品种。钢帘线在加工过程中，其单丝直径小至0.15mm，从Φ5．5mm的线材开始拉拔，长度延伸达1344倍．而在随后的双捻中还要经受扭转、弯曲和拉伸等一系列变形。在工艺稳定的情况下，凡是断头率高，力学性能不合格等情况，通常与线材质量有关；同时，钢帘线作为汽车轮胎的橡胶骨架材科，要承受弯曲拉伸复合交变载荷及冲击载荷等；因此，必须选用最优质线材方能满足高强度、抗疲劳、耐冲击等性能要求，所以原料的选择对钢帘线的加工性能和使用性能起着决定性的作用。帘线钢是优质硬线钢的精品，是商品用钢中强度最高的钢。帘线钢是钢材精品中的精品，主要应用于汽车、飞机轮胎子午线。Φ0.15～0.38mm 的钢帘线质量和性能要求十分苛刻。
3.9.1主要技术要求如下：
(1)尺寸精度和力学性能
①线材直径Φ(5.5± 0.2)mm
②不圆度≤0.2mm；
③抗拉强度σb  (1050±40）MPa  普通强度钢帘线