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钢丝加工技术

时间: 2011-07-06 06:34 来源: 作者: 点击:
金属冷加工是钢铁工业生产的一个重要组成部分。金属冷加工的种类较多,例如:钢丝、钢丝绳、钢绞线及其它金属制品等等。特殊钢钢丝生产在我国已有近70年的历史。它是金属冷加工行业较典型的产业。

随着工业的不断发展,特殊钢钢丝(以下简称:钢丝)品种不断增加,质量品位不断提高。老的作坊式生产摸式,逐步被半自动化、自动化生产所代替。但是,无论设备如何变革,就钢丝生产而言,钢丝的生产方式实际就是两条线:连续线和周期线。

1 钢丝生产依据

钢丝生产主要是依据产品标准要求,确定生产方式。产品标准是供方与顾客之间的纽带。根据产品标准,采用合理工艺,实行科学管理,是确保产品合格的基本保证。

在钢丝生产中,同一个钢号(化学成分相同),采用不同标准,生产方式就不同。就T9A为例:当执行GB/T4357-89弹素弹簧钢丝标准时,必须采用连续线生产,产出的成品钢丝可用于制造各种弹簧、编制钢丝绳等。当执行GB/T5952- 86 弹素工具钢丝标准时,就必须采用周期线生产,产出的成品钢丝,可用于制造工具。如:刀具、钻头、制针等。因为,连续线和周期线产出的钢丝显微组织不同、力学性能不同、工艺性能不同,所以,用途不同。

值得阐明的是:不论是连续线生产还是周期线生产,热处理、表面处理、加工变形,三大要素缺一不可。

2 钢丝生产要素

2.1 钢丝热处理

热处理是钢丝生产的主要要素之一。曾有业外人士认为:"拔丝属冷加工,操作简单,不必热处理,只要有相应模具挤压拉拔就行了"。这是对钢丝生产的一个误解。所谓冷加工,是指加工变形生产过程在常温下进行。而钢丝在加工变形前,必须以热处理手段改善钢材内在质量,达到标准要求的显微组织、同时得到良好的物理缩性和延展性,以便顺利加工变形。这就是热处理的重要所在。

钢丝生产的热处理有四个步骤:它们是原料热处理、中间热处理、成前热处理、成品热处理(不包括冷拉状态交货的产品)。

热处理主要种类有8种:

(1)完全退火:将钢丝加热到完全奥氏体化,缓慢冷却,获得接近平衡状态组织;
(2)不完全退火:将钢丝加热到Ac1~Ac3之间温度,达到不完全奥氏体化,随之缓慢冷却;
(3)球化退火:将钢丝(盘条)加热到Ac1温度之上,使钢的碳化物达到球化状态;
(4)再结晶退火:经冷加工变形的钢丝加热到再结晶温度以上,保温适当时间,使变形晶粒重新结晶为均匀的等轴晶粒,消除冷加工硬化;
(5)光亮退火:钢丝在保护气氛或真空中退火,以防止氧化,保持钢丝表面光亮;
(6)正火:将钢丝加热到Ac3以上30~50℃,保温适当时间,再进行冷却;
(7)索氏体化处理(派登脱处理):将中碳或高碳钢丝奥氏体化后,迅速移在Ar1以下适当温度(约500℃左右)的热溶中等温或空气中冷却,以获得索氏体组织;
(8)时效处理:钢丝经过固溶处理或冷缩性变形后,在室温或一定温度保温,以达到沉淀硬化目的(1)。

根据钢丝生产的具体情况,如:钢丝状态-- 原料、半成品、成品前、成品;产品标准要求;确定热处理种类,非常重要。当然,加热方式直接影响热处理质量。目前为止,我国冷加工的热处理加热方式较多,各有所长。

2.1.1 加热方式

加热方式有五种:

(1)燃煤加热;
(2)燃煤--土法煤气发生加热;
(3)天然气加热;
(4)管道煤气加热;
(5)电加热。

第一种加热方式成本较低,但,炉温不易稳定,钢丝表面易产生脱碳;第二种加热方式较第一种方式略占优势;第三种和第四种加热方式较优越,炉温较稳定;第五种加热方式是最理想的,虽然成本较高,但,无污染、炉温稳定、加热均匀、产品内在质量将大大提高,是生产高品位钢丝的最明智选择。

2.1.2 热处理主要目的

对盘条(原料)或钢丝加热主要目的有四种:

一是索氏体化(细化晶粒),提高抗拉强度,增加韧性和延展性;
二是球化退火,得到合理的显微组织,增加缩性和延展性,;
三是再结晶退火,使变形晶粒重新结晶为均匀的等轴晶粒,消除冷加工硬化,有利于再次冷加工;
四是软化退火,无显微组织变化,仅仅是消除加工应力,满足力学要求(多用于成品钢丝)。

2.2 表面处理作用

表面处理是钢丝生产的第二大要素。表面处理有四个程序:一是去除热处理产生的氧化皮(氧化膜);二是中和,目的是防止残留酸性物质对钢的基体产生腐蚀;三是涂层,为增加载体保证润滑,有利于冷加工变形,确保钢丝表面质量;四是去除表面有害杂质(包括去涂层),确保钢丝无腐蚀,表面光滑洁净。

2.3 冷加工变形

冷加工变形(以下简称拉拔)是钢丝生产的第三大要素,也是最直观的一个要素。该要素是钢丝生产的主要过程。

拉拔生产要点有三:

一是拉拔总减面率的确定。拉拔减面率的大小,直接影响产品质量。根据钢丝品种不同、状态不同、一般拉拔道次减面率,应控制在9%~34%之间。合金钢类,拉拔总减面率一般不大于58%,碳素钢类一般不大于90%。

二是模具的选择。模具是钢丝拉拔生产唯一的缩性变形硬件。模具的质量如:尺寸精度、角度、光洁度等,直接影响钢丝拉拔的质量。模具的合理选择,关系到是否满足钢丝拉拔的要求。

三是润滑剂的选择。润滑剂是拉拔钢丝不可缺少的辅助材料,根据钢丝种类不同、状态不同、合理的选择润滑剂,是保证钢丝拉拔质量,生产顺利进行的必备条件。

3 连续线生产

连续线生产一般适合批量较大的、品种较单一的钢丝。所谓连续线,必备条件是,采用连续式高温加热炉(铅浴炉);有三连以上的连续拔丝机;有相应表面处理的必要手段。碳素钢丝、奥氏体丝生产,均适合在连续线进行。

3.1 弹素弹簧钢丝的生产

3.1.1 弹素弹簧钢丝常用钢号及现形标准

弹素弹簧钢丝常采用高碳钢,其钢号和现行标准详见下表所示。

3.1.2 主要生产流程

由于弹素弹簧钢丝的特性所决定,不但力学性能--抗拉强度较高外,还要求高的韧性。所以,该钢丝拉拔前的热处理,必须采用铅淬火(索氏体化)。而且,从盘条加工至钢丝成品,必须有足够的拉拔减面率,以确保钢丝满足高的抗拉强度和高的韧性。生产流程见图1所示。


图1

从图1的流程图中可看出,碳素弹簧钢丝的主要生产过程:从铅淬火到拉拔,是反复进行的。这是钢丝生产的需要,也是为满足标准要求。在具体生产过程中,根据标准不同、交货组别不同、成品钢丝尺寸不同,需采用合理的生产工艺,从而产出顾客需求的产品。

3.1.3 碳素弹簧钢丝产品用途

采用连续线生产的碳素弹簧钢丝主要用于:直接制造各种型号的压缩弹簧、拉力弹簧(回火定型),得到预期的力学性能。并且,可编制钢丝绳等。

3.2 奥氏体不锈钢丝生产

3.2.1 奥氏体不锈钢丝常用钢号及现行标准

奥氏体不锈钢丝一般采用1Cr18Ni9、0Cr19Ni10、H0Cr19Ni9、1Cr18Ni9Ti、GH2132、GH3030、GH2036、D659、D660、ML1Cr19Ni9Ti 等钢号生产。不锈钢丝常用于:高尖端弹簧、高精度轴承、重要工具、耐腐蚀缆绳、耐腐蚀录井线、重要用途冷顶件、焊接、制钉、编网等。由于用途广泛,所以,标准较多。常用现行标准见表1。

3.2.2 奥氏体不锈钢丝生产特点

奥氏体不锈钢丝生产特点是需要高温热处理、急冷,严格表面处理、对涂层要求苛刻,对润滑介质要求高。因为,奥氏体不锈钢耐高温、冷加工硬化快、拉拔后,必须通过高温固溶,快速冷却才能消除应力、避免偏析。同时,获得较低的抗拉强度和较高的延展性,以便钢丝拉拔,确保钢丝表面质量。对固溶后的不锈钢盘条或半成品,应进行浸碱、酸洗,将氧化膜彻底清除,中和后进行涂层处理。涂层应均匀、牢固,以便增加润滑载体,保护钢的基体不受创伤。拉拔后,应及时去除涂层,保证钢丝表面无腐蚀、光滑洁净。

3.2.3 奥氏体不锈钢丝产品用途

奥氏体不锈钢丝价格较昂贵,一般用于制造关键部件。如:航空用铆钉、航天航空用弹簧、抗腐蚀绳缆、耐腐蚀录井线、不锈滚珠、不锈筛网、高档装潢、高档炊具等等。随着工业不断发展,人民生活水平的提高,奥氏体不锈钢丝用途将会更加广泛。

4 周期线钢丝生产

周期线生产的特点是:生产品种可多样化。原则上讲,除了弹素弹簧钢丝不能生产外,甚至,若有周期式高温炉(950℃~1200℃),有水冷却条件,高温合金和奥氏体不锈钢丝亦可生产。周期线钢丝生产工艺流程如图2所示。


图2

4.1 钢丝生产钢种及常用现行标准

按用途划分,常规生产钢种有:轴承钢、工具钢(包括合金工具钢)、合金弹簧钢、合金结构钢(包括冷顶和焊接钢)、碳素结构钢(包括冷顶和焊接)、铁素体不锈钢(包括冷顶和焊接)、马氏体不锈钢(包括冷顶和焊接)等。常用现行标准见下表。


表1中归纳了各钢种的钢丝常用产品标准,列举了代表钢号和交货状态。从表1可看出,相同钢号(化学成分相同)有多项标准,所以钢丝生产必须随时调整工艺,以便满足钢丝标准要求。


4.2 热处理工艺制度

4.2.1 温度的确定

目前为止,周期线的钢丝生产中,已有200多个钢号,列为常规产品。在钢丝生产过程中,不可能制定200个工艺制度。这就需要了解每一个钢号的特性、相变点,根据相变点进行归类,确定热处理温度。根据特性确定冷却方式。

4.2.2 周期的确定

热处理周期是热处理工艺的重点。它关系到透烧程度如:钢的纤维组织均匀性、力学性能散差值、工艺性能等,诸多影响。周期的确定应视钢丝直径尺寸大小、装炉量的多少、钢丝状态等,根据具体情况,调整热处理周期,确保热处理质量。

4.3 表面处理程序确定

表面处理作用见2.2所述。但钢种不同,酸洗的程序是不同的。要根据钢的特性、钢丝状态、选择合理的表面处理程序,确保表面质量。值得注意的是:对于高碳钢丝酸洗后,应进行充分干燥,否则将影响拉拔质量,造成不应有的损失。

4.4 钢丝拉拔

钢丝拉拔应根据2.3所述。针对钢种不同、要求不同、确定拉拔总减面率和道次减面率。应注意的是:对于马氏体钢等易裂钢,拉拔后应及时热处理,以防止产生内裂或风裂。

5 钢丝精整

钢丝精整是为防止钢丝产品运输过程造成缺陷。如:檫伤、锈蚀、紊乱等。一般钢丝生产至成品(合格品)时,都应进行涂油、捆扎、包装处理。

涂油是防止钢丝在一定的时间内,不产生锈蚀。所以,防锈油的选择是很关键的。笔者建议选用超薄置换形防锈油,因为,它对钢丝性能无影响、对环境无污染、成本适中、好祛除。

包装,直接影响企业形象,应引起注意。包装应强调整洁、牢固、标识清晰、做到包装商品化。

6 结论

钢丝生产目前在我国从北到南,已全方位普及。但是,真正能生产出高精尖的钢丝成品为数不多。笔者认为:在金属冷加工过程中,只要深入了解市场,掌握国内外标准,贯彻合理工艺、严格质量控制,推行ISO9001质量体系管理,将会使我国的金属冷加工产品提高一个档次,产出高品位的钢丝产品。希望在尽短时间内,生产出高精尖产品,顶替进口,走出国门。(end)

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