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鋼絲的加工技術

鋼絲的加工技術

[ 來自:深圳市薈俊五金有限公司     時間:2009.07.14 ]
鋼絲的加工技術!

    金屬冷加工是鋼鐵工業生產的一個重要組成部分。金屬冷加工的種類較多,例如:鋼絲、鋼絲繩鋼絞線及其它金屬制品等等。特殊鋼鋼絲生產在我國已有近70年的歷史。它是金屬冷加工行業較典型的產業。
  隨著工業的不斷發展,特殊鋼鋼絲(以下簡稱:鋼絲)品種不斷增加,質量品位不斷提高。老的作坊式生產摸式,逐步被半自動化、自動化生產所代替。但是,無論設備如何變革,就鋼絲生產而言,鋼絲的生產方式實際就是兩條線:連續線和周期線。
  1 鋼絲生產依據

  鋼絲生產主要是依據產品標準要求,確定生產方式。產品標準是供方與顧客之間的紐帶。根據產品標準,采用合理工藝,實行科學管理,是確保產品合格的基本保證。
  在鋼絲生產中,同一個鋼號(化學成分相同),采用不同標準,生產方式就不同。就T9A為例:當執行GB/T4357-89彈素彈簧鋼絲標準時,必須采用連續線生產,產出的成品鋼絲可用于制造各種彈簧、編制鋼絲繩等。當執行GB/T5952- 86 彈素工具鋼絲標準時,就必須采用周期線生產,產出的成品鋼絲,可用于制造工具。如:刀具、鉆頭、制針等。因為,連續線和周期線產出的鋼絲顯微組織不同、力學性能不同、工藝性能不同,所以,用途不同。
  值得闡明的是:不論是連續線生產還是周期線生產,熱處理、表面處理、加工變形,三大要素缺一不可。
  2 鋼絲生產要素
  
2.1 鋼絲熱處理
  熱處理是鋼絲生產的主要要素之一。曾有業外人士認為:"拔絲屬冷加工,操作簡單,不必熱處理,只要有相應模具擠壓拉拔就行了"。這是對鋼絲生產的一個誤解。所謂冷加工,是指加工變形生產過程在常溫下進行。而鋼絲在加工變形前,必須以熱處理手段改善鋼材內在質量,達到標準要求的顯微組織、同時得到良好的物理縮性和延展性,以便順利加工變形。這就是熱處理的重要所在。
  鋼絲生產的熱處理有四個步驟:它們是原料熱處理、中間熱處理、成前熱處理、成品熱處理(不包括冷拉狀態交貨的產品)。
  熱處理主要種類有8種:
  (1)完全退火:將鋼絲加熱到完全奧氏體化,緩慢冷卻,獲得接近平衡狀態組織;
 ?。?)不完全退火:將鋼絲加熱到Ac1~Ac3之間溫度,達到不完全奧氏體化,隨之緩慢冷卻;
  (3)球化退火:將鋼絲(盤條)加熱到Ac1溫度之上,使鋼的碳化物達到球化狀態;
 ?。?)再結晶退火:經冷加工變形的鋼絲加熱到再結晶溫度以上,保溫適當時間,使變形晶粒重新結晶為均勻的等軸晶粒,消除冷加工硬化;
  (5)光亮退火:鋼絲在保護氣氛或真空中退火,以防止氧化,保持鋼絲表面光亮;
 ?。?)正火:將鋼絲加熱到Ac3以上30~50℃,保溫適當時間,再進行冷卻;
 ?。?)索氏體化處理(派登脫處理):將中碳或高碳鋼絲奧氏體化后,迅速移在Ar1以下適當溫度(約500℃左右)的熱溶中等溫或空氣中冷卻,以獲得索氏體組織;
 ?。?)時效處理:鋼絲經過固溶處理或冷縮性變形后,在室溫或一定溫度保溫,以達到沉淀硬化目的(1)。
根據鋼絲生產的具體情況,如:鋼絲狀態 原料、半成品、成品前、成品產品標準要求;確定熱處理種類,非常重要。當然,加熱方式直接影響熱處理質量。目前為止,我國冷加工的熱處理加熱方式較多,各有所長。
  2.1.1 加熱方式
  加熱方式有五種:
 ?。?)燃煤加熱;
 ?。?)燃煤土法煤氣發生加熱;
  (3)天然氣加熱;
 ?。?)管道煤氣加熱;
  (5)電加熱。
  第一種加熱方式成本較低,但,爐溫不易穩定,鋼絲表面易產生脫碳;第二種加熱方式較第一種方式略占優勢;第三種和第四種加熱方式較優越,爐溫較穩定;第五種加熱方式是最理想的,雖然成本較高,但,無污染、爐溫穩定、加熱均勻、產品內在質量將大大提高,是生產高品位鋼絲的最明智選擇。
  2.1.2 熱處理主要目的
  對盤條(原料)或鋼絲加熱主要目的有四種:
  一是索氏體化(細化晶粒),提高抗拉強度,增加韌性和延展性;
  二是球化退火,得到合理的顯微組織,增加縮性和延展性,;
  三是再結晶退火,使變形晶粒重新結晶為均勻的等軸晶粒,消除冷加工硬化,有利于再次冷加工;
  四是軟化退火,無顯微組織變化,僅僅是消除加工應力,滿足力學要求(多用于成品鋼絲)。
  2.2 表面處理作用
  表面處理是鋼絲生產的第二大要素。表面處理有四個程序:一是去除熱處理產生的氧化皮(氧化膜);二是中和,目的是防止殘留酸性物質對鋼的基體產生腐蝕;三是涂層,為增加載體保證潤滑,有利于冷加工變形,確保鋼絲表面質量;四是去除表面有害雜質(包括去涂層),確保鋼絲無腐蝕,表面光滑潔凈。
  2.3 冷加工變形
  冷加工變形(以下簡稱拉拔)是鋼絲生產的第三大要素,也是最直觀的一個要素。該要素是鋼絲生產的主要過程。
拉拔生產要點有三:
  一是拉拔總減面率的確定。拉拔減面率的大小,直接影響產品質量。根據鋼絲品種不同、狀態不同、一般拉拔道次減面率,應控制在9%~34%之間。合金鋼類,拉拔總減面率一般不大于58%,碳素鋼類一般不大于90%。
  二是模具的選擇。模具是鋼絲拉拔生產唯一的縮性變形硬件。模具的質量如:尺寸精度、角度、光潔度等,直接影響鋼絲拉拔的質量。模具的合理選擇,關系到是否滿足鋼絲拉拔的要求。
  三是潤滑劑的選擇。潤滑劑是拉拔鋼絲不可缺少的輔助材料,根據鋼絲種類不同、狀態不同、合理的選擇潤滑劑,是保證鋼絲拉拔質量,生產順利進行的必備條件。
  3 連續線生產
  連續線生產一般適合批量較大的、品種較單一的鋼絲。所謂連續線,必備條件是,采用連續式高溫加熱爐(鉛浴爐);有三連以上的連續拔絲機;有相應表面處理的必要手段。碳素鋼絲奧氏體不銹鋼絲生產,均適合在連續線進行。
  3.1 彈素彈簧鋼絲的生產
   3.1.1 彈素彈簧鋼絲常用鋼號及現形標準
  彈素彈簧鋼絲常采用高碳鋼,其鋼號和現行標準詳見下表所示。
  3.1.2 主要生產流程
  由于彈素彈簧鋼絲的特性所決定,不但力學性能抗拉強度較高外,還要求高的韌性。所以,該鋼絲拉拔前的熱處理,必須采用鉛淬火(索氏體化)。而且,從盤條加工至鋼絲成品,必須有足夠的拉拔減面率,以確保鋼絲滿足高的抗拉強度和高的韌性。生產流程見圖1所示。


圖1

  從圖1的流程圖中可看出,碳素彈簧鋼絲的主要生產過程:從鉛淬火到拉拔,是反復進行的。這是鋼絲生產的需要,也是為滿足標準要求。在具體生產過程中,根據標準不同、交貨組別不同、成品鋼絲尺寸不同,需采用合理的生產工藝,從而產出顧客需求的產品。
  3.1.3 碳素彈簧鋼絲產品用途
  采用連續線生產的碳素彈簧鋼絲主要用于:直接制造各種型號的壓縮彈簧、拉力彈簧(回火定型),得到預期的力學性能。并且,可編制鋼絲繩等。
  3.2 奧氏體不銹鋼絲生產
  3.2.1 奧氏體不銹鋼絲常用鋼號及現行標準

  奧氏體不銹鋼絲一般采用1Cr18Ni9、0Cr19Ni10、H0Cr19Ni9、1Cr18Ni9Ti、GH2132、GH3030、GH2036、D659、D660、ML1Cr19Ni9Ti 等鋼號生產。不銹鋼絲常用于:高尖端彈簧、高精度軸承、重要工具、耐腐蝕纜繩、耐腐蝕錄井線、重要用途冷頂件、焊接、制釘、編網等。由于用途廣泛,所以,標準較多。常用現行標準見表1。
  3.2.2 奧氏體不銹鋼絲生產特點
  奧氏體不銹鋼絲生產特點是需要高溫熱處理、急冷,嚴格表面處理、對涂層要求苛刻,對潤滑介質要求高。因為,奧氏體不銹鋼耐高溫、冷加工硬化快、拉拔后,必須通過高溫固溶,快速冷卻才能消除應力、避免偏析。同時,獲得較低的抗拉強度和較高的延展性,以便鋼絲拉拔,確保鋼絲表面質量。對固溶后的不銹鋼盤條或半成品,應進行浸堿、酸洗,將氧化膜徹底清除,中和后進行涂層處理。涂層應均勻、牢固,以便增加潤滑載體,保護鋼的基體不受創傷。拉拔后,應及時去除涂層,保證鋼絲表面無腐蝕、光滑潔凈。
  3.2.3 奧氏體不銹鋼絲產品用途
  奧氏體不銹鋼絲價格較昂貴,一般用于制造關鍵部件。如:航空用鉚釘、航天航空用彈簧、抗腐蝕繩纜、耐腐蝕錄井線、不銹滾珠、不銹篩網、高檔裝潢、高檔炊具等等。隨著工業不斷發展,人民生活水平的提高,奧氏體不銹鋼絲用途將會更加廣泛。
  4 周期線鋼絲生產
  周期線生產的特點是:生產品種可多樣化。原則上講,除了彈素彈簧鋼絲不能生產外,甚至,若有周期式高溫爐(950℃~1200℃),有水冷卻條件,高溫合金和奧氏體不銹鋼絲亦可生產。周期線鋼絲生產工藝流程如圖2所示。


圖2


  4.1 鋼絲生產鋼種及常用現行標準
  按用途劃分,常規生產鋼種有:軸承鋼、工具鋼(包括合金工具鋼)、合金彈簧鋼、合金結構鋼(包括冷頂和焊接鋼)、碳素結構鋼(包括冷頂和焊接)、鐵素體不銹鋼(包括冷頂和焊接)、馬氏體不銹鋼(包括冷頂和焊接)等。常用現行標準見下表。

標準分類

標準編號

標準名稱

代表鋼號

交貨主要狀態

碳素彈簧鋼絲

GB/T435789

碳素彈簧鋼絲

70#T9A、65Mn

冷拉

GB/T43581995

重要用途碳素彈簧鋼絲

同上

冷拉

GJB149792

特殊用途彈素彈簧鋼絲規范

T9A、T10A

冷拉

Q/DG、J312001

65Mn彈素彈簧鋼絲

65Mn

冷拉

不銹鋼絲

(含鉻不銹、易切)

YBT1183

彈簧用不銹鋼絲

1Cr18Ni9

冷拉

DGB0989

高強度不銹彈簧鋼絲

1CR18Ni9Ti

冷拉

GJB71489

引信用不銹彈簧鋼絲

1Cr18Ni9

冷拉

GJB229495

航空用不銹鋼及耐熱鋼棒規范

0Cr18Ni9

1Cr17

熱處理(固溶)

GJB316798

冷鐓用高溫合金鋼絲

GH2132

輕拉、冷拉

GJB332098

不銹彈簧鋼絲

1Cr18Ni9

軟態、輕拉

GJB352699

航空用冷頂鍛不銹鋼絲

ML1Cr18Ni9Ti

軟態、輕拉

GJB78599

航空用不銹焊絲

H0Cr19Ni9

冷拉

GB/T423293

冷頂鍛用不銹鋼絲

ML1Cr18Ni9Ti

軟態、輕拉

GB/T424093

不銹鋼絲

1Cr18Ni9
1Cr13
4Cr13

軟態、輕拉、冷拉

       

YB/T50921996

焊接用不銹鋼絲

H1Cr18Ni9

軟態、輕拉

Q/DG、J362001

不銹錄井鋼絲

D659

冷拉

Q/DG、J372001

2Cr13Ni2易切不銹鋼絲

2Cr13Ni2

輕拉

滾珠軸承鋼絲

YB24564

滾珠及滾珠軸承用鉻鋼絲

GCr15

退火

YB68876

高溫不銹軸承鋼絲

Cr4M4V

退火

GB/T185792001

高碳鉻軸承鋼絲

GCr15

退火、輕拉

Q/DGJ212000

高碳鉻軸承鋼絲

GCr15

退火、輕拉

工具鋼類鋼絲

GB/T30802001

高速工具鋼絲

W6Mo5Cr4V2

退火、直條

YB/T0951997

合金工具鋼絲

9SiCr、CrWMn

退火、直條

GB/T595286

碳素工具鋼絲

T7AT9A

退火

GJB166593

槍彈芯用T12A冷拉鋼絲規范

T12A

退火

GJB149492

特殊用途易切削銀亮鋼絲規范

Y75

退火、磨光

合金彈簧

GB513693

閥門用鉻釩彈簧鋼絲

50CrVA

退火、磨光

GB/T52181999

合金彈簧鋼絲

60Si2Mn

退火、冷拉

結構鋼絲

GB/T320682

優質彈素結構鋼絲

08#60#

冷拉、輕拉

GB/T307993

合金結構鋼絲

15CrA、40CrA
12CrNi4A

冷拉、輕拉

YB/T503293

重要用途低碳鋼絲

Zg

輕拉

GB59531999

冷鐓鋼絲

ML15-ML45
ML30CrMnSi

輕拉

GB/T1495794

熔化焊用鋼絲

H08Mn2Si

冷拉(白光)

GB/T1495894

氣體保護焊用鋼絲

H08MnSi

冷拉(鍍銅)

GJB195194

航空用優質結構鋼棒規范

15CrA、30CrMoA

合同中注明

GJB302197

航空用結構焊絲規范

H18CrMoA

鍍銅、白光

GJB331998

航空用冷頂鍛結構鋼絲規范

ML15-ML45

ML30CrMnSi

冷拉、退火、

磨光

GJB332798

輕武器用結構鋼鋼絲規范

38CrA、40B30CrMnSi

磨光

 

GB320788

銀亮鋼

所有鋼號

相應標準

精密合金絲

GB19888

鐵鎳軟磁合金技術條件

1J79、1J50

冷拉

YB/T513593

發條用高彈性合金3J9

3J9

軟態、冷拉

YB/T523193

鐵鎳鈷玻封合金技術條件

4J29、4J44

冷拉、注明

YB/T523293

低鈷定膨脹瓷封合金

1J50、4J46

冷拉

YB/T523393

無磁定膨脹瓷封合金4J784J80

4J80、4J82

冷拉

YB/T52341995

瓷封合金技術條件

Cr20NI80 Cr30Ni70

冷拉

YB/T523593

鐵鎳鉻、鐵鎳電熱合金

4J42、4J50

軟態、冷拉

YB/T523793

鐵鎳鉻玻封合金4J41技術條件

4J41

冷拉、合同注明

YB/T524093

鐵鉻玻封合金4J28技術條件

4J28

軟態、冷拉

YB/T524193

低膨脹合金4J324J36、4J384J40技術條件

4J32、4J36

4J384J40

軟態、冷拉

YB/T525293

軸尖用合金3J22絲材技術條件

3J22

冷拉

YB/T525393

彈性元件用合金技術條件

3J21

冷拉

YB/T525493

頻率元件用恒彈性合金技術條件

3J53、3J58

冷拉

YB/T525993

鎳鉻電阻合金絲

6J20、6J10

,

軟態、冷拉

GB/T1498994

鐵鈷釩永磁合金

3J313J33

冷拉

  表1中歸納了各鋼種的鋼絲常用產品標準,列舉了代表鋼號和交貨狀態。從表1可看出,相同鋼號(化學成分相同)有多項標準,所以鋼絲生產必須隨時調整工藝,以便滿足鋼絲標準要求。
  4.2 熱處理工藝制度
  4.2.1 溫度的確定
  目前為止,周期線的鋼絲生產中,已有200多個鋼號,列為常規產品。在鋼絲生產過程中,不可能制定200個工藝制度。這就需要了解每一個鋼號的特性、相變點,根據相變點進行歸類,確定熱處理溫度。根據特性確定冷卻方式。
  4.2.2 周期的確定
  熱處理周期是熱處理工藝的重點。它關系到透燒程度如:鋼的纖維組織均勻性、力學性能散差值、工藝性能等,諸多影響。周期的確定應視鋼絲直徑尺寸大小、裝爐量的多少、鋼絲狀態等,根據具體情況,調整熱處理周期,確保熱處理質量。
  4.3 表面處理程序確定
  表面處理作用見2.2所述。但鋼種不同,酸洗的程序是不同的。要根據鋼的特性、鋼絲狀態、選擇合理的表面處理程序,確保表面質量。值得注意的是:對于高碳鋼絲酸洗后,應進行充分干燥,否則將影響拉拔質量,造成不應有的損失。
  4.4 鋼絲拉拔
  鋼絲拉拔應根據2.3所述。針對鋼種不同、要求不同、確定拉拔總減面率和道次減面率。應注意的是:對于馬氏體鋼等易裂鋼,拉拔后應及時熱處理,以防止產生內裂或風裂。
  5 鋼絲精整
  鋼絲精整是為防止鋼絲產品運輸過程造成缺陷。如:檫傷、銹蝕、紊亂等。一般鋼絲生產至成品(合格品)時,都應進行涂油、捆扎、包裝處理。
  涂油是防止鋼絲在一定的時間內,不產生銹蝕。所以,防銹油的選擇是很關鍵的。筆者建議選用超薄置換形防銹油,因為,它對鋼絲性能無影響、對環境無污染、成本適中、好祛除。
  包裝,直接影響企業形象,應引起注意。包裝應強調整潔、牢固、標識清晰、做到包裝商品化。
  
6 結論
  鋼絲生產目前在我國從北到南,已全方位普及。但是,真正能生產出高精尖的鋼絲成品為數不多。筆者認為:在金屬冷加工過程中,只要深入了解市場,掌握國內外標準,貫徹合理工藝、嚴格質量控制,推行ISO9001質量體系管理,將會使我國的金屬冷加工產品提高一個檔次,產出高品位的鋼絲產品。希望在盡短時間內,生產出高精尖產品,頂替進口,走出國門。



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