无酸洗拉拔在高碳钢丝生产中的应用

摘要：介绍无酸洗拉拔工艺在高碳钢丝半成品生产上的应用。无酸洗拉拔工艺与常规生产工艺进行了生产实验比较。结果显示在总压缩率不大的情况下，无酸洗拉拔与常规生产工艺生产钢丝的抗拉强度无明显差别。在总压缩率较大条件下的多道次拉拔，无酸洗拉拔钢丝的扭转值增加，抗拉强度和弯曲值降低。对无酸洗拉拔工艺用于生产高碳高强度 镀锌钢丝进行了实验研究。

关键词：高碳钢丝  无酸洗  拉拔  工艺

节约成本、免除环境污染的钢丝无酸洗拉拔已引起金属制品行业生产厂家的关注。湘钢钢丝绳厂经过几年的摸索已形成了一套切实可行的钢丝生产工艺。

实践证明无酸洗拉拔适合半成品生产，酸洗、磷化处理及热处理连续作业线处理适合成品拉拔。

1、无酸洗拉拔的影响因素

资料显示^[1]，影响无酸洗拉拔的因素有氧化皮厚度、润滑剂性能、冷却状况和道次压缩率，在生产中发现除此之外，无酸洗拉拔的影响因素还有拉拔速度、拉丝模配置及原料的组织与性能。

（1）拉拔速度。对无酸洗拉拔而言，拉拔速度不宜过高，因为随着拉拔速度的增加，钢丝温度上升幅度增大，使润滑剂的粘度下降，润滑膜厚度下降，润滑效果则降低，从而造成拉丝模磨损加剧。操作工人在换新模时，其开始速度一般选择1.5-2m/s，待经过一段磨合，拉丝模带入一定的润滑剂后，则加速到正常速度3.4m/s，如果超过此速度，则钢丝晚发白，造成拉丝模扁模，甚至破损。

（2）拉丝模配置。对于表面没有任何润滑涂层及载体的钢丝，必须在拉拔第一道次时，使粉状的润滑剂粘附到钢丝表面，即选择较大的部分压缩率，使之达到一定的温度和压力，将润滑剂软化而粘附到钢丝上面带入模孔。依经验其部分压缩率应选择在22%左右。从生产现场看，在原料组织良好的情况下，无酸洗拉拔总压缩率已到到了88.5%。即φ6.5→2.2，具体工艺为φ6.5→5.60→4.80→4.15→3.60→3.14→2.76→2.45→2.20mm。第一道次的部分压缩率已超过25%，但此工艺不适宜含碳量过高的钢丝拉拔。为防止钢丝发白影响无酸洗拉拔的顺利进行，在操作时，必须及时更换椭圆或起沟的拉丝模，并保证散垫片完好，以防水流入模盒内，影响润滑效果。

（3）原料状况。原料质量对无酸洗拉拔起着决定作用，具有内部缺陷的线材，如非金属夹杂物，组织不均匀，成分偏析，内裂纹等，拉拔时均易在卷筒处出现平口断裂，杯锥状断裂及劈裂，有的甚至在进入剥壳机处就开始断裂，使无酸洗拉拔根本不能正常进行。再就是钢丝拉拔时应注意拉拔方向要与轧制方向保持一致，防止个别表面缺陷反向受力导致钢丝拉断。

2、无酸洗拉拔时的模耗及钢丝力学性能

2.1无酸洗拉拔对光面钢丝性能的影响

2.1.1拉拔工艺的影响

为便于比较，把70钢线材由φ6.5mm拉拔到φ4.0mm，分别采用工艺（a）无酸洗拉拔；（b）酸洗→磷化拉拔；（c）热处理→酸洗→磷化拉拔。所对应的设备分别为5/550滑轮式拉丝机、机械去铁皮机；8/600直进式拉丝机；5/550滑轮式拉丝机和8/600直进式拉丝机。钢丝拉拔道次、模耗和拉拔后钢丝强度见表1。

表1  不同工艺拉拔钢丝的模耗和抗拉强度

从表1可以看出，润滑剂选择适当，在总压缩率相同的情况下，部分压缩率大的无酸洗拉拔比部分压缩率小的酸洗―磷化拉拔的吨耗模数多26%，抗拉强度值的波动则不大，对于热处理―磷化钢丝，因盘条经热处理后，强度略有升高，再加上产品公差要求相对较严格，故其吨耗模数与前二种工艺相比要大，抗拉强度值要高，在原料状况相同，总压缩率不大的情况下，对于不同道次及不同设备而言，部分压缩率大的比部分压缩率小的吨耗模数多17%左右，而抗拉强度值变化则不大。

2.1.2拉拔道次对钢丝性能的影响

φ6.5mm的70钢线材经机械弯曲去除氧化铁皮后，用7-8/550滑轮式拉比机进行无酸洗拉拔，将其拉拔到φ2.5mm，拉拔道次分别为7道和8道，拉拔工艺分别为：φ6.5→5.70→4.94→4.28→3.73→3.22→2.82→2.50mm；φ6.5→5.78→5.08→4.46→3.91→3.46→3.07→2.76→2.50mm。两种拉拔工艺路线模耗对比见表2，力学性能对比见表3。

表2  两种无酸洗拉拔工艺耗模数比较

表3  两种无酸洗拉拔工艺的钢丝力学性能对比

从表2、表3可知，在不同的拉拔道次下，拉拔道次小的无酸洗拉拔比拉拔道次多的吨耗模数要多，而班产量波动不大。力学性能方面，拉拔道次多的，其扭转次数略高，弯曲和抗拉强度值略低。

2.2无酸洗拉拔对镀锌钢丝性能的影响

用φ6.5mm的65钢材生产φ2.6mm镀锌钢丝，使用8/550滑轮式拉丝机进行无酸洗拉拔热镀锌前后钢丝的力学性能见表4。

表4  热镀锌前后钢丝力学性能的比较

从表4可知，无酸洗拉拔后的钢丝脆性较大，经过热镀锌后，扭转值增高，弯曲值、抗拉强度值较低，延伸率增加。

3、分析讨论

无酸洗拉拔是将盘条缠绕于弯曲辊轮上，盘条靠近弯曲辊轮的弯曲部分产生压缩变形，而离弯曲辊轮较远的弯曲部分产生伸长变形，使之氧化铁皮脱落。为了不造成钢丝表面损伤，又保证氧化铁皮的去除效果，我厂选择辊轮直径为108mm的一组水平垂直辊，使盘条变形延伸率为5.68%，保证了氧化铁皮的去除率达到90%以上。

从拉拔设备看，目前均使用滑轮式拉丝机进行无酸洗拉拔，其原因有二：一是卷筒的各线高度均在250-350mm，有利于拉拔前钢丝的冷却，减少连拉钢丝的温升；二是导向轮使钢丝在拉拔过程中扭转、跳动，使钢丝通过过线轮进入模盒时，易带动润滑剂自动搅拌，并将已结成条状或焦块的润滑剂带离拉丝模孔，使粉状润滑剂软化吸附在钢丝表面形成润滑膜。

在总压缩率不大的情况下，如果原料的原始组织相同，直径公差要求相同，则无酸洗拉拔及拉拔道次少的耗模量比拉拔道次多的其它工艺的耗模量略大，而抗拉强度值变化不大。经过涂层处理后的钢丝表面油黑发亮，有金属光泽，而无酸洗拉拔的钢丝灰白、暗淡。无酸洗拉拔钢丝表面虽然没有任何涂层及载体，但拉拔时进入模孔的润滑剂已经软化，而吸附到钢丝表面的微隙中去，起到了润滑作用，降低了钢丝与模壁之间的摩擦力，减少了拉丝模磨损。其吨耗模数虽然比其它工艺有所增加，但增加幅度较小，约10%。

对于经过涂层的钢丝，因为其表面生成一层难溶于水的磷酸盐薄膜，该薄膜不但与钢基结合得十分牢固，且有微孔结构，富有延展性，润滑剂也最易嵌入微孔而被带进拉丝模，起到良好的润滑作用。所以经过涂层处理的钢丝表面较无酸洗拉拔钢丝表面好。

从滑轮式拉丝机对无酸洗拉拔的试验结果看，对于总压缩率较大的拉拔（Q＜86%），如果拉拔道次相差不大，则吨耗模数波动不大，约3%左右，但拉拔道次多的，扭转增加，抗拉强度和弯曲值降低。这是因为，滑轮式拉丝机采用了卷筒积线，拉丝模直冷，卷筒水冷等方式，使连拉钢丝的温升降低，再加上拉拔速度较低，减少了变形热的产生，所以在拉拔道次变化较小的情况下，润滑剂均能较好的起作用，使之吨耗模数及班产量变化不大。而力学性能略有变化，是由于各部分的压缩率增加，使冷变形量略有增大，而金属内部晶粒不断产生滑移，随着滑移系的减少及晶格产生位错歪扭，阻止再变形进行，故使塑性变形抗力增加，金属形成的“冷加工化”现象加剧，因而导致钢丝的破断拉力加大，即钢丝的抗拉强度值、弯曲值略微升高，扭转值下降。

在高碳钢丝的无酸洗拉拔过程中，也发现了脆断现象，其原因一是钢丝要通过弯曲辊轮去除氧化铁皮，则表面有缺陷的盘条在此处易断裂；二是拉拔过程中，吸附膜变薄，如果没有及时添加润滑剂，则钢丝与模壁直接接触增加摩擦，造成磨损甚至断丝。

无酸洗拉拔钢丝镀锌前后，性能变化明显的原因是高线盘条的组织结构一般为索氏体+片状珠光体+极少量铁素体。盘条在进入拉丝模前首先要进行弯曲变形去除氧化延伸，且钢丝的形变在显微尺度上是很不均匀的，再就是粗片状珠光体易发生破碎，使钢丝中出现大量尺寸较大的显微空隙，使钢丝的连续性遭到破坏，因此其内应力较大。经过拉拔后的钢丝，在450℃的低温下进行回复，钢丝的结构发生了变化，导致空位及位错密度均降低，减少了内应力。所以，钢丝经过热镀锌后，扭转值升高，抗拉强度值降低，延伸率增加，弯曲值变化不明显。

4、结论

（1）具有优良孤内在组织和表面状况的高线盘条适合无酸洗拉拔。

（2）滑轮式拉丝机由于其较好的冷却性能及带入拉丝粉的能力，比较适合无酸洗拉拔。

（3）在总压缩率一定的情况下，原料的原始组织相同，直径公差要求相同，则拉拔道次少的吨耗模量比拉拔道次多的大，无酸洗拉拔比其它工艺拉拔的吨耗模量略大。而力学性能方面总压缩率小的钢丝抗拉强度变化不明显；总压缩率大、拉拔道次多的钢丝，扭转值增加，抗拉强度值、弯曲值降低。

（4）无酸洗拉拔钢丝热镀锌后，扭转值增高，弯曲值波动不明显，抗拉强度值降低，延伸率增加。

（5）无酸洗拉拔高碳钢钢丝只适合半成品钢丝的生产，对表面状况及力学性能要求高的成品钢丝不适合采用无酸洗拉拔。

参考文献

1  龙熙宪，曹清，杨建军.无酸洗拉拔工艺探讨.金属制品，2000，26（6）：23-25

作者简介

曹清  1964年12月生，湘潭钢铁集团有限公司钢丝绳厂工程师。