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关闭窗口 日本高强度棒、线材的生产加工应用简介
棒、线材除直接用于建筑外，还可加工为各种部件以用于其它方面。以常见的汽车为例，每辆车大约使用棒、线材150Kg左右，约为车重的10％。其中如发动机部件（曲轴、凸轮轴和阀弹簧等）和驱动系统部件（各种齿轮、螺旋轴等）用材料都离不开棒、线材。“行驶、转弯和停车”是汽车的基本动作，支持这些动作的某一个部件万一破损，则汽车将停止行驶，由此可见它们的重要性。
另外，作为汽车轮胎的补强材料，过去多用一些有机纤维，后来改用子午线钢丝后汽车轮胎的刚性有了明显的提高，因此近年来汽车行驶中的轮胎破损泄气事故大为减少；现在作为标准产品使用的Φ0.3mm子午线钢丝通过高强度化（年产30万t），对节约资源与改善轮胎性能作出了明显的贡献。据统计，子午线钢丝1975年用量为～2万t，到了1985年即猛增至10万t、1995年续升至20万t、到2005年则升至30万t，可见其发展的迅速。
在建筑物和钢结构方面，高强度棒、线材也开始得到了广泛应用，其中如电线杆立柱和砼类用补强材及吊桥、斜拉桥用钢缆等，它们的强度为一般钢筋的3～4倍，由此也带来许多好处。
此外，由棒、线材制成的各种螺栓、螺母和弹簧等，也在机械行业为首的各个方面广泛得到应用；甚至连我们常见的钢琴线、吉他弦和钓鱼丝等生活用品也是由线材加工而成。尽管它们最终产品的形状和性能不同，但共同点是都由钢制的棒、线材加工而成。新日铁生产棒、线材的有室兰钢铁厂、釜石钢铁厂和君津钢铁厂，线材产品的分类和用途如表1。
表1 棒、线材的分类和用途 分类
规格名称
JIS符号
主要用途
普通线材
软钢线材
SWRM
钉、钢丝、钢丝圈等
特殊线材
硬钢线材
钢琴丝线材
弹簧钢线材
极低碳钢线材
SWRH
SWRS
SUP
钢绳、轮胎钢丝、辐条钢丝
子午线钢丝、桥梁用钢丝、砼紧缩用钢线
悬架弹簧、阀弹簧
玻璃封入用钢丝
冷加工用线材
冷轧用线材
低合金钢线材
磨光钢用线材
钢筋砼用线材
SWRH
SCM
SGD
SD
各种钢栓、螺母、机械部件
各种钢栓、螺母、机械部件
磨光棒、线材
钢筋
（二）作为半成品供应的棒线材
棒、线材和其它热轧钢材的不同之处在于其以热轧状态的半成品供应，然后由汽车生产厂和部件生产厂等用户经各种加工和热处理后成为最终产品；而中厚板、薄板、钢管和H型钢等钢材则由钢铁厂轧制而成一定形状和强度的成品钢材供应。
以弹球的加工过程为例简介如下：钢铁厂生产的线材送至二次加工工厂，经过冷拔加工－>模压成球－>粗磨光－>表面刻印－>热处理－>研磨－>镜面磨光－>镀铬后形成产品。小小的弹球断面为3层不同的结构：表层3um为镀铬层，下部1mm厚处为经渗碳处理后含碳量达0.8％的马氏体组织，内部为含碳仅0.2％的铁素体＋马氏体的软组织。上述结构使弹球表面硬度高而抗冲击性强，内部则由于可吸收冲击而使球不易破裂。这种渗碳处理在使用、棒线材生产齿轮等部件时也得到应用。
此外，弹球的尺寸、重量、加工精度取决于模压成球工序，一般尺寸公差控制在0.01mm、重量误差在0.01g之内。为此，对所用线材的加工性的要求非常严。由此可看出棒、线材和其它钢材的不同之处。
（三）考虑加工工序采取的调整冷却
一般棒、线材制成的部件，所用材料的费用仅占部件生产成本的20％（其余80％为锻造20％、切削40％、热处理10％和其它10％）。由于二次加工的成本高，因此钢材的开发应着眼于有利于二次加工。即使最终产品要求强度高，但也要求钢厂供应的棒、线材“容易加工以利于简化加工工序”。换言之，提供的棒、线材要和最终产品要求的高强度相反、即要软一些，从而形成了矛盾。为了达到这一要求，采取了“调整冷却”技术。通常对热轧后的钢材进行快冷后强度提高，缓冷后则强度下降。“缓冷”设备即对轧后的线材盘卷保温使其缓慢冷却以降低强度，例如螺栓是用线材在室温下冷锻成形的，加工时的钢材必须较软以使其容易成形。为此，对热轧材采取上述缓冷措施以提高其冷锻性，加工后再通过热处理提高其强度而达到要求的水平。
由于各种产品要求的强度不同，冷却方式也有很多种。除上述的“缓冷”设备外，还有送入空气较快冷却的“空冷”、穿过550℃盐浴冷却的“DLP”和穿过热水冷却的“EDC”等冷却方法。其中“DLP”设备对要求强度高的高碳钢的强度和延伸性调整效果明显，有利于用户再以后的韧化处理中简化工序，特别是使用不含铅等金属的盐浴，不仅导热性好，且附着在线材上的盐也可用热水简单冲洗除去并回收后再利用，且比铅浴处理的污染小。
（四）通过组织控制掌握钢材的强度
如上所述，应将棒、线材的特性适应用户的加工性为第一条件，但由于使用目的和用途十分广，最终产品要求的强度水平在300～5000MPa的范围内。例如钢丝和铁丝网用普通线材仅为300MPa，而上述的汽车轮胎用子午线钢丝和切断硅片用钢丝锯则需要高达4000MPa的高强度线材。为此，棒、线材的化学成分和结晶组织也呈多样化，因为钢铁随着含碳量的上升而强度提高，但在薄板和中厚板制品中则需要考虑相应的延伸性，因此含碳量一般保持在0.2％以下。但棒、线材为适应多种强度的要求，含碳量的范围扩大到0.01～1.1％之间；在如此广范围的含碳量下影响强度、延伸性和韧性的组织形态也呈多样化。
现在汽车制造厂为了减排CO2，正普遍采取车体轻型化以降低油耗的措施，近日在用比重小的铝合成的高强度铝合金材料，对所用材料的简单评价则采用单位重量的比强度（抗拉强度/比重）。
一般称为高强度钢的800～1200MPa的钢材，其比强度也不如铝合金，但是钢铁材料有各种组织形态，作为提高钢材强度的方法有“细晶强化”、“固溶强化”、“析出强化”和“位错强化”等组织控制技术。以细晶强化为例说明如下，即将通常铁素体20～30um的结晶进行细化以提高其强度的方法，特别是把晶粒直径细化到1um以下时强度上升的效果十分明显（具体见表2）。将该组织微细化技术和加工热处理组合，有可能达到极限强度，现已据此开发出了与铝合金匹敌的“超高强度钢”。
表2 铁素体晶粒细化和强度的关系 晶粒直径（um）
1
2
5
10
20
30
40
50
0.2C％强度（MPa）
920
700
400
325
280
240
230
220
固溶强化指多量的C、N等侵入型原子和Si、Mn等置换性元素增加结果引起的硬化现象，析出强化则是由于化合物增加、位错强化则由加工产生的钢材中位错数增加所引起的硬化现象。
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