不鏽鋼棒材是由不鏽鋼鋼錠，經過熱軋或鍛造而成的。
不鏽鋼棒材的生產是隨著不鏽鋼的開發而興起的。由於不鏽鋼棒材的套用範圍越來越廣泛，如寒冷地區高層建築的基礎、高速公路旁的隔離網、家庭生活用品等，使不鏽鋼棒材的熱軋生產得到很大發展，我國不鏽鋼產品的30%，國外只占8%-10%。隨著石油、化工、能源及原子能、宇航、海洋開發等尖端技術的迅速發展，對不鏽鋼提出了更高的綜合性能要求，不僅要求有良好的耐蝕性，還要求有高強度、耐高溫高壓、防輻射、耐低溫等性能，使不鏽鋼的品種類型得到進一步的開拓。
基本介紹
- 中文名：不鏽鋼棒材
- 外文名：stainless steel bars
- 分類：不鏽鋼黑棒、不鏽鋼酸白棒
- 性質：材料
- 定義：由不鏽鋼鋼錠經過熱軋或鍛造而成
- 系列：2,3,4系列
簡介,生產過程及分類,軋制常用爐型,常見問題,生產標準,生產工藝,不同系列簡介,2系列,3系列,4系列,用途,棒材綜述,棒材種類,棒材用途,棒材生產的質量控制,不鏽鋼棒材生產的發展,
簡介
生產過程及分類
不鏽鋼棒材是由不鏽鋼鋼錠，經過熱軋或鍛造而成的。
按表面處理分可分為：不鏽鋼黑棒、不鏽鋼酸白棒、不鏽鋼光亮棒、不鏽鋼研磨棒。
軋制常用爐型
常用幾種爐型目前國內棒材或棒線生產線對合金鋼及鉻鋼系列產品採用的熱處理裝備有：輥底爐（隧道爐）、台車爐、罩式爐、緩冷坑。
常見問題
由於無緩冷和退火設施，軋出的棒材直接暴露在空氣環境中冷卻，造成以下6大問題：①棒材表面產生表面裂紋，內部組織存在晶裂缺陷；②能源浪費、退火周期長；③生產物流組織不通暢，產品在現場頻繁倒運，增加了運輸成本，崗位工人勞動強度高，倒運過程對棒材產生損傷；④由於產品缺陷多，需逐個檢驗，檢驗工作繁重，增加檢驗成本；⑤產品供貨周期長；⑥產品成材率低，顧客質量異議多。
生產標準
在不鏽鋼棒材軋制的標準方面，美、英、德、法、俄、日及國際標準比較先進，其中美國標準尺寸公差最嚴格。有關國家不鏽鋼熱軋型材的最新標準有：美國ASTMA276《不鏽鋼及耐熱鋼棒和型材的標準規範》；美國ASTMA484/A484M《不銹及耐熱鋼棒、鋼坯和鍛件的一般要求》；德國DIN17440《不鏽鋼薄板、熱軋帶鋼、線材、拉拔線材、鋼棒、鍛件和鋼坯交貨技術條件》；日本JlS64304《不鏽鋼棒》。八十年代前期，我國結合美國、日本、德國、前蘇聯和國際標準化組織（ISO）的有關標準，並重點參照日本JIS不鏽鋼棒標準，制定了不鏽鋼棒材的國家標準GB1220—92，同時參照國外標準，制定了不鏽鋼盤條的國家標準GB4356—84，使鋼種系列更加完善，並採用了美國、日本等國際通用牌號，我國的某些不鏽鋼牌號與美國標準牌號是對應的，如表l。同時保留了我國常用牌號，使其與美國等已開發國家的不鏽鋼牌號基本一致，通用性更強。與已開發國家相比，標準本身的差距縮小了很多，但表面質量、尺寸公差較差，實物水平差距較大。
生產工藝
棒材生產線工藝流程：鋼坯驗收→加熱→軋制→倍尺剪下→冷卻→剪下→檢驗→包裝→計量→入庫。
小型棒材是由小型軋機生產的，小型軋機的主要類型分為：連續式、半連續式和橫列式。目前世界上新建和在用的以全連續式小型軋機居多。當今流行的鋼筋軋機有通用的高速軋制的鋼筋軋機和4切分的高產量的鋼筋軋機。連續小型軋機所用坯料一般是連鑄小方坯，其邊長一般為130~160mm，也有180mm×180mm的，長度一般在6~12米左右，坯料單重1.5~3噸。軋制線多為平-立交替布置，實現全線的無扭轉軋制。機架的多少按照一個機架軋制一道的原則確定。軋機多為偶數道次組合，對於不同的坯料規格和成品尺寸有18架、20架、22架甚至24架的小型軋機，18架為主流。速度可調、微張力和無張力軋制是現代全連續式小型軋機的明顯特點。粗軋和中軋的部分機架為微張力控制，中軋的部分機架和精軋機組為無張力控制，以保證產品的尺寸精度。連續式軋機一般設定6～10個活套，甚至有的多達12個活套。
棒材軋制是所有軋材中最容易實現的品種，它可以有多種方式。從三輥橫列式，到扭轉二重式，從各種半連續式到全連續式，都能生產棒材，但其產量、尺寸精度、成材率、合格率卻都大不一樣。三輥軋機剛度低，加熱溫度的波動必然帶來嚴重的產品尺寸波動，加上橫列式速度慢、軋制時間長，導致軋件頭、尾溫差加大，容易尺寸不一致，並且性能不均，產量很低，質量波動很大，優質率極低。全連續軋機一般採用平立交替，軋件無扭，事故少、產量高，可以實現了大規模的專業化生產和組織性能控制.同時軋機採用高剛度，控制自動化程度較高，使尺寸精度和合格率得到很大提高，尤其成材率提高，減少回爐煉鋼的浪費。目前，棒材軋制多採用步進式加熱爐、高壓水除鱗、低溫軋制、無頭軋制等新工藝，粗軋、中軋向適應大坯料及提高軋制精度方向發展，精軋機主要是提高精度和速度。
與普碳鋼熱軋相比，不鏽鋼的軋制技術和工藝決竅，主要體現在錠坯的檢查清理、加熱方法、軋輥孔型設計、軋制溫度控制和產品線上熱處理等方面。
錠坯的檢查清理
清理線包括：拋丸、紅外線表面檢查、超音波探傷及修磨砂輪機等。隨著連鑄水平的提高，如果連鑄能生產無缺陷坯，可不加鋼坯清理線。
加熱方法
奧氏體不鏽鋼加熱時組織穩定，不能通過淬火強化。這類鋼具有良好的強度和韌性配合，低溫韌性極好，無磁性，加工、成型和焊接性能好，但易產生加工硬化。同時，這類鋼的導熱性很低，在低溫階段塑性極好，因此加熱速度可比鐵素體不鏽鋼快，稍低於普碳鋼的加熱速度。
鐵素體不鏽鋼加熱時不發生相變，一般不能用熱處理強化。這類鋼具有三種脆性轉變，即475℃脆性、a相析出脆性和晶粒長大引起的脆性，常採用退火後急冷以獲得良好的性能。高Cr鋼高溫下抗氧化；對應力腐蝕不敏感；鋼的強度較奧氏體不鏽鋼高；韌性隨C、Ni含量的降低而提高；有強磁性；焊接性能差。這類鋼具有良好的熱加工性，但在低溫階段鐵素體的塑性很低，又加上坯（錠）冷卻時產生的殘餘應力和加熱時產生的熱應力方向一致（因加熱和冷卻時沒有相變）能相互迭加，因而易產生熱裂。所以坯（錠）在低溫階段應緩慢加熱。鋼錠的裝爐溫度不大於800℃，鋼坯應不大於850℃。當含Cr量大於16%時，鑄態組織非常粗大，易產生粗晶組織，經熱加工破碎的晶粒，在溫度大於950℃時有強烈長大的傾向，因在加熱和冷卻時不產生相變，所以長大的晶粒不能通過熱處理方法來改變，同時這類鋼是體心立方晶格的鐵素體，再結晶溫度低，再結晶速度大，經再結晶後鋼的塑性也較好，熱加工時變形抗力小，為了要獲得所需的細晶粒組織，一般採用在較低溫度下變形和控制在此溫度下的變形量，加熱溫度一般為950℃～1000℃左右。
軋輥孔型設計
生產不鏽鋼棒材時，軋輥孔型一般採用橢圓一圓孔型系統，孔型設計時要考慮孔型有較強的可適應性，儘可能減少更換孔型和軋機的重新啟動，即孔型可以適應多種產品，允許孔型有較大的間隙調整，使整個產品範圍對預精軋機孔型變化的要求都降低到最低。
軋制溫度控制
不鏽鋼軋制時，由於其變形抗力對溫度變化相當敏感，特別在粗軋時，由於軋制速度低，變形功導致的溫度上升不足以補償軋件本身的溫降，造成頭尾溫差大，對產品公差有不良影響，也會在軋件上產生表面缺陷和內部缺陷，影響最終產品性能的均勻性。為了解決上述問題，加熱好的坯料經粗軋軋制後，進入設在粗軋和中軋間的燃油（或燃氣）保溫爐或感應式再加熱爐，溫度均勻化之後再進入中軋機組進行軋制。為了控制精軋和預精軋過程中軋件升溫過高，一般在這兩組軋機後及精軋機組機架間設有水冷裝置（水箱）。因此，這樣可以實現對晶粒度的合理控制，以便改善最終產品的技術性能。
不鏽鋼的線上熱處理
過去不鏽鋼棒材的熱處理都是離線進行，隨著科學的發展和軋制工藝研究的不斷深入，現代不鏽鋼熱處理也較多採用線上進行。生產棒材時，對奧氏體、鐵素體不鏽鋼而言，由於不易產生冷裂和自點，軋後可空冷或堆冷，或者在飛剪前設穿水冷卻裝置以實現餘熱淬火；生產馬氏體不鏽鋼時，由於容易產生冷裂，不能進行穿水冷卻而直接進入冷床，冷床的結構不同於生產普碳鋼的冷床，一種辦法是採用經改進的步進式齒條冷床，如義大利Danieli公司設計的1989年投產的美國TeledyneAIIvac廠的冷床，它伸入高溫側的一個槽中，槽可以放上水使冷床淹沒在水中，這樣可以對奧氏體不鏽鋼進行水淬，而不要水淬的品種則直接進入冷床，該冷床還可以裝備絕熱罩，可使軋件延遲冷卻，在罩上絕熱罩進行延遲冷卻時，其冷卻速度相當自然冷卻速度的一半，較低的冷卻速度對確保馬氏體不鏽鋼的滯後脆性裂紋是非常重要的；另一種辦法是：把冷床的一半設計成鏈式，另一半為普通的齒條式冷床，輥道設保溫罩，生產馬氏體不鏽鋼時，飛剪把軋件切成倍尺或定尺，如為倍尺，經鏈式冷床快速拉入保溫罩中，在罩中切成定尺再送入保溫坑，定尺直接拉入保溫坑中進行緩慢冷卻。
不同系列簡介
2系列
201不鏽鋼棒材：屬於鉻-鎳-錳奧氏體不鏽鋼，磁性比較低。
3系列
304不鏽鋼棒材：具有良好的耐蝕性，耐熱性，低溫強度和機械特性，衝壓，彎曲等熱加工性好，無熱處理硬化現象。用途：餐具，櫥櫃，鍋爐，汽車配件，醫療器具，建材，食品工業（使用溫度-196°C-700°C）。
303不鏽鋼棒材：通過添加少量的硫、磷使其較304更易切削加工，其他性能與與304相似。
302不鏽鋼棒材：302不鏽鋼棒廣泛用於汽車配件、航空、航天五金工具，化工。具體如下：工藝品，軸承，滑花，醫療儀器，電器等。特性：302不鏽鋼球屬於奧氏體型鋼，與304比較接近，但是302的硬度更高一些，HRC≤28，具有良好的防鏽及防腐性。
302不鏽鋼球屬於奧氏體型鋼，與304比較接近，但是302的硬度更高一些，HRC≤28，具有良好的防鏽及防腐性。
4系列
408—耐熱性好，弱抗腐蝕性，11%的Cr，8%的Ni。
416—添加了硫改善了材料的加工性能。
440—高強度刃具鋼，含碳稍高，經過適當的熱處理後可以獲得較高屈服強度，硬度可以達到58HRC，屬於最硬的不鏽鋼之列。最常見的套用例子就是“剃鬚刀片”。常用型號有三種：440A、440B、440C，另外還有440F（易加工型）。
用途
主要用於飛機發動機葉片、機匣、緊固件、燃燒室、盤、軸，燃燒室外壁、液氧煤油發動機，彈體、汽瓶、推進裝置等。廣泛套用於航天、航空、原子能、核能、石油、化工、以及食品、環保、海洋開發、鍋爐熱交換器等領域中。
棒材綜述
棒材種類
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、方形和六角形以及建築用螺紋鋼筋等幾種，後者是周期斷面型材，有時被稱為帶肋鋼筋。棒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Φ9~300mm。國內在生產時約定俗成地認定為：棒材車間的產品範圍是斷面直徑為Φ10~50mm。
棒材的斷面形狀簡單，比起線材一般斷面大很多，因此散熱慢，允許軋制時間長，頭尾溫差大的問題不突出，但上限產品容易壓縮比不足。與其他熱軋一樣，為能軋制高尺寸精度的產品，必須保證加熱均勻一致，軋機剛度儘可能的高，軋制中，做到冷卻一致。軋制中還有磨損帶來孔型的變化，影響軋制的持久穩定。
棒材用途
現代國民經濟包含著許多部門，如工業，農業，交通運輸業，建築業，商業，衛生業等，都是國民經濟的重要組成部分。而冶金工業是現代工業的重要組成部分。冶金工業為機械製造業提供優質的原料，機械工業反過來才能為其它行業提供優良的機械裝備。
棒材廣泛用於建築、機械、汽車、船舶等工業領域，其中70%棒材用作建築，其餘用作各類軸、螺栓、螺母、錨鏈、彈簧等用材。因此鋼鐵工業的發展有著非常重要的意義。我國是一個開發中國家，住房尚需大量發展，建築用鋼的需求在很長一段時間內都將是很高的。另外隨著人民生活水平的提高，相應汽車用鋼的需求也會越來越多。除螺紋鋼筋直接套用於建築之外，有相當部分加工成各種軸類零件。
棒材生產的質量控制
由於棒的用途廣泛，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、冷加工性能、熱加工性能、易切削性能和耐磨耗性能等也各有所偏重。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性能，以減少深加工工序，提高最終產品的使用性能。
建築用材要求在較高的屈服強度下，保持一定的延伸率。用作建築材料的螺紋鋼筋，主要是要保證化學成分並具有良好可焊性，要求物理性能均勻、穩定，以利於冷彎，並有一定的耐蝕性。作為建築用材，提高尺寸精度和機械性能的均勻程度，可以節省大量鋼材，同樣對於加工軸類，也可減少車削，降低成本。
機械零件要求機加工性能良好，加工後為保證使用時的機械性能，還要進行淬火、正火或滲碳等熱處理。有些產品還要進行鍍層、噴漆、塗層等表面處理。
棒材經過控軋控冷，也可提高使用性能，這在軋制過程可以通過工藝的控制來實現。
不鏽鋼棒材生產的發展
棒線材生產已有200多年的歷史。儘管板帶鋼產品比重迅速增加，其生產技術日趨完善，生產成本顯著下降，但是棒線材產品仍然占據其獨有而不可取代的地位。正是由於這個原因，其生產技術發展水平正日新月異地飛速發展。
近20年是我國型鋼生產技術飛速發展的20年。20年前，我國型鋼裝備水平和生產技術約落後國際先進水平30年，而今天，其裝備水平大體接近國際先進水平。我國型鋼生產技術用20年的時間，走過了約50年的發展路程。
20世紀50年代我國鋼產量很低，生產的鋼筋品種有限，國有鋼鐵企業也只能生產3號光圓鋼筋（I級鋼筋）和5號螺紋鋼筋，屈服強度標準值分別為235，275Mpa；20世紀60年代開始研製16MnSi（後改為20MnSi，也稱II級鋼筋）和25MnSi（也稱班級鋼筋）2種低合金帶肋鋼筋，實際上研製成功並大量生產的是20MnSi鋼筋，而25MnSi鋼筋產量有限，兩者屈服強度標準值分別為335，375Mpa；同時研製並投人生產的還有44Mn2Si等帶肋鋼筋（也稱N級鋼筋），其主要用於經熱處理或冷拉後的預應力鋼筋。
20世紀50年代，我國正處於國民經濟建設的高潮，鋼筋供需矛盾較為突出，為發展冷加工生產，通過對低強度鋼筋的冷軋、冷拔、冷扭或冷拉等冷加工手段，使鋼筋冷作硬化，在犧牲原鋼筋塑性的條件下，獲得較高的屈服強度。冷加工鋼筋主要採用細直徑盤條生產冷拔鋼絲，其既用作預應力混凝土中、小型構件中的預應力鋼筋，也部分用作某些鋼筋混凝土構件中的受力鋼筋和構造鋼筋；另外，通過冷拉後的粗帶肋鋼筋，用作大、中型預應力混凝土構件中的預應力鋼筋，部分用作鋼筋混凝土構件中的配筋。
20世紀80年代，小規格鋼筋產量和規格不能滿足工程建設需求，國內中小型企業針對這一形勢，開始引進或自製冷軋帶肋鋼筋設備，軋機數量和產量達到了相當規模。此外，還生產了小規格、斷面為矩形的冷軋扭鋼筋用作鋼筋混凝土樓板中的配筋，填補了原來熱軋帶肋鋼筋沒有小規格的空缺，為工程建設所需鋼筋規格的配套起到了輔助作用。
20世紀80年代開始研製，90年代正式投人生產的新一代熱軋帶肋鋼筋有2種：一種是以微合金元素（V，Ti，Nb）為基礎的HRB400鋼筋，另一種是採用餘熱處理工藝生產的RRB400（KL400）鋼筋（包括按英國BS標準生產的鋼筋），使我國鋼筋在化學成分上進行了更新換代；餘熱處理鋼筋既可用於出口，也可為國內工程選用。在同一時期，引進了相當數量的低鬆弛高強度鋼絞線生產線，使這種高質量的預應力鋼筋在公路、房屋、鐵路及其他工程領域獲得了廣泛套用，推動了預應力混凝土結構的發展。
20世紀80～90年代，我國從國外引進了小型連軋技術，經移植、消化、再開發，把小型連軋生產技術發展到了極至，國外產量只有30～40萬t/年的小型軋機，在我國其產量可提高到80～100萬t/年，甚至更高。
促進我國小型軋機技術全面提升的3個最主要因素是全線無扭轉軋制、採用短應力線軋機和全面推廣切分軋制技術。小型軋機單產的提高，促成其與高效轉爐一連鑄更好地配合，利於採用熱送一熱裝工藝，進一步節能降耗、降低生產成本。
目前我國小型和棒材的生產現狀為：到2004年，我國小型和棒材生產擁有3個世界第一，即軋機套數、年生產能力及占鋼材總量的比值（連軋機套數已超過100套，年生產能力約6000萬t，連軋機的軋制能力可達到生產總量的70%）。目前我國小型和棒材軋機的總體裝備和生產技術已達國際先進水平，並具有以下特點：
1.新建軋機大多為18架，分粗、中、精軋機組，每組6架，平立交替布置，實現無扭連軋。採用步進式加熱爐，全數字式直流傳動系統。坯料為150mm×150mm連鑄方坯，長10~12m。產品規格為Ф10~Ф40，Ф20以下產品採用切分軋制。
2.產品以帶肋鋼筋為主。不生產帶肋鋼筋的小型連軋機只有杭州鋼鐵公司、石家莊鋼鐵公司和邢台鋼鐵公司等幾家。
3.對提高產量有益的無頭軋制、切分軋制技術等，我國使用和推廣的力度高於工業已開發國家。如無頭軋制技術，到2004年，唐山鋼鐵公司引進了義大利DANIELI公司的技術；邢台鋼鐵公司第二高線廠引進了日本NKK公司的技術；通化鋼鐵公司自行開發了棒線材無頭軋制技術。而值得注意的是，該技術在美國、日本、德國和俄羅斯等產鋼大國尚沒有很好的套用實例，日本NKK公司的棒線材無頭軋制技術，在日本也僅有1家試驗廠。棒材的3切分和4切分軋制技術，國內企業的研究和推廣使用熱情很高，也有很成熟的技術，但仍有國外公司在我國專門推廣該技術。
4.對提高產品質量、滿足用戶需求有益而影響產量的技術，在我國的使用和推廣力度低於世界先進水平國家。這些技術包括：
（1）棒材自由規格減定徑技術。其可為用戶提供任意規格的產品，適應多品種、小批量市場需求。
（2）棒材高精度軋制技術。
（3）合金鋼和低合金鋼棒材線上控制冷卻技術。
（4）多鋼種、小批量棒材的市場開發。
（5）專用小型材的市場開發。
工業先進國家的型鋼軋製品種多達萬餘種，而我國的熱軋型材品種只有上千種。差距最大的是專用小型材。這些型材多用於汽車、紡織、電機、農業等等，我國在這方面的工作與20年前相比進步不大。上述特點說明我國小型與棒材生產還處於市場需求旺盛階段。鋼材生產廠取得效益主要仍依靠產量來實現。
從我國的熱軋帶肋鋼筋發展史可以看出，我國熱軋帶肋鋼筋的生產水平不斷提高，普通鋼筋從低碳鋼、低合金鋼向微合金鋼發展；預應力鋼筋從強度偏低、鬆弛較大向高強度、低鬆弛的鋼絞線、鋼絲髮展；同時，冷加工鋼筋的發展趨向是：冷拔鋼絲、冷拉鋼筋從廣泛採用到被淘汰出局，而作為細直徑的冷軋鋼筋和冷軋扭鋼筋，仍將是普通鋼筋的一種補充，它們的存在與發展，取決於其產品的質量、價格和售後服務，它們將通過市場機制與細直徑的熱軋帶肋鋼筋進行競爭。
熱軋帶肋鋼筋廣泛用於被廣泛用於民用建築、高層建築、重點工程：機場、港口、高速公路、橋樑、電廠等建設，是一種非常重要的鋼材。型鋼生產在軋鋼車間生產中占有重要的地位，據不完全統計，目前我國每年生產的型材占鋼材生產總數量的50%左右，因此，掌握型鋼生產理論與工藝，對提高型鋼產品質量和精度，開發新品種、新工藝、新設備，完善生產自動化和計算機控制技術，具有很大的現實意義。
