細(xì)規(guī)格高強(qiáng)度制繩用碳素鋼絲的試生產(chǎn)

楊志強(qiáng)（天津冶金集團(tuán)中興盛達(dá)鋼業(yè)有限公司，天津301600）

細(xì)規(guī)格高強(qiáng)度制繩用碳素鋼絲的試生產(chǎn)

楊志強(qiáng)
（天津冶金集團(tuán)中興盛達(dá)鋼業(yè)有限公司，天津301600）

為生產(chǎn)出直徑為0.50～0.80 mm細(xì)規(guī)格高強(qiáng)度制繩用碳素鋼絲，以80#鋼∮5.5mm盤條為原料，利用公司現(xiàn)有設(shè)備，進(jìn)行工藝流程和工藝參數(shù)設(shè)計(jì)。經(jīng)檢測，鋼絲強(qiáng)度達(dá)到2 400～2 800 MPa，高于YB/T5343—2015《制繩用鋼絲》中鋼絲1 960 MPa強(qiáng)度級的范圍，且鋼絲韌性指標(biāo)扭轉(zhuǎn)值和彎曲值未降低，使細(xì)規(guī)格鋼絲的強(qiáng)度與韌性指標(biāo)均維持在較高水平，滿足了生產(chǎn)高強(qiáng)度高疲勞性能鋼絲繩對鋼絲的性能要求。

細(xì)規(guī)格鋼絲；高強(qiáng)度；制繩；碳素鋼絲

1 引言

近期我公司接到客戶高強(qiáng)度光面鋼絲產(chǎn)品的試制訂單，兩個(gè)規(guī)格Φ0.50 mm和Φ0.80 mm。客戶標(biāo)準(zhǔn)要求：P0.5=2 400～2 750 MPa；P0.80=2 310～2 560 MPa；要求鋼絲強(qiáng)度均勻，不允許有焊接點(diǎn)，漲圈≥300 mm，翹起≤20 mm。鋼絲扭轉(zhuǎn)值及彎曲值不低于YB/T5343—2015《制繩用鋼絲》中對應(yīng)規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)要求。

2 原料選擇

根據(jù)客戶要求的鋼絲規(guī)格及強(qiáng)度范圍，經(jīng)過理論計(jì)算，要想達(dá)到客戶要求，所選用的鋼種必須為含碳量較高優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，且要滿足鋼絲經(jīng)過拉拔后有較好的韌性值，就必須使鋼絲有較大的總壓縮率和合理的部分壓縮率［1］。同時(shí)，使用高碳鋼盤條生產(chǎn)的高性能鋼絲，由于中間過程采用鉛淬火工藝，使鋼絲在熱處理后獲得較為細(xì)小、均勻的索氏體組織，從而獲得良好的拉拔性能，經(jīng)過冷拉拔變形和捻制等過程生產(chǎn)出高性能的鋼絲繩［2］。因而，通過綜合考慮，并結(jié)合公司現(xiàn)有設(shè)備能力，決定選取天津榮程鋼鐵有限公司生產(chǎn)的80#優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼∮5.5 mm盤條進(jìn)行投料生產(chǎn)。盤條初始強(qiáng)度：1 130 MPa，成分見表1。

盤條成分執(zhí)行GB/T4354-2008《優(yōu)質(zhì)碳素鋼熱軋盤條》要求。

投料前，檢測中心對原料盤條中非金屬夾雜物、脫碳層、表面質(zhì)量等項(xiàng)目做了檢測，均符合國標(biāo)要求。

3 生產(chǎn)流程設(shè)計(jì)

由于Φ5.5 mm直拔∮0.50 mm和∮0.80 mm鋼絲總壓縮率分別達(dá)到了99.2%和97.9%，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出現(xiàn)有設(shè)備能力范疇，且盤條在拉拔過程中會(huì)由于冷塑性變形產(chǎn)生的加工硬化現(xiàn)象的積聚而發(fā)生斷裂。故，在實(shí)際生產(chǎn)流程設(shè)計(jì)時(shí)，采用兩次拉拔加一次中間熱處理的工藝流程較為合理，即：

原料（盤條）→檢、試驗(yàn)→酸洗、磷化→一次拉絲→檢、試驗(yàn)→在線熱處理酸洗磷化→二次拉絲→檢、試驗(yàn)→包裝→入庫。

表1 榮鋼80#盤條成分與標(biāo)準(zhǔn)對比 /%

但由于考慮到火線強(qiáng)度要求和道次排布及壓縮率受拉絲機(jī)型號限制等因素，故對火線做預(yù)處理，即：2.0 mm→1.80 mm，3.0 mm→2.60 mm，由17#拉絲機(jī)（LZ 4/600）完成，之后進(jìn)行正式二次拉絲。

具體生產(chǎn)過程如下：

Φ5.5mm（拉絲）→Φ2.0 mm（熱處理）→Φ1.80 mm（拉絲）→Φ0.50 mm（拉絲）

Φ5.5 mm（拉絲）→Φ3.0 mm（熱處理）→Φ2.60 mm（拉絲）→Φ0.80 mm（拉絲）

4 實(shí)際生產(chǎn)

4.1 一次拉絲

見表2，見圖1圖2。

表2 拉絲機(jī)型號及一次拉絲工藝排布

圖1 拉拔2.0 mm鋼絲的道次壓縮率曲線圖

圖2 拉拔3.0 mm鋼絲的道次壓縮率曲線圖

按照以上工藝及生產(chǎn)流程進(jìn)行實(shí)際試生產(chǎn)，并根據(jù)抗拉強(qiáng)度計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)公式［3］，對比理論強(qiáng)化系數(shù)與實(shí)際強(qiáng)化系數(shù)的差別：式中，Rn為拉拔后鋼絲的抗拉強(qiáng)度，MPa；k為與拉拔條件（潤滑、冷卻）有關(guān)的強(qiáng)化系數(shù)；R0為盤條的原始抗拉強(qiáng)度，MPa；d0為盤條拉拔前的直徑，mm；dn為拉拔后鋼絲的直徑，mm。

由以上公式可計(jì)算得到：

光線理論強(qiáng)度：P2.0，理論=（5.5÷2）1/2×1 130=1 874 MPa（強(qiáng)化系數(shù)K=1）；

總壓縮率：L2.0=86.8%，道次平均壓縮率：L2.0= 20.1

P3.0，理論=（5.5÷3）1/2×1 130=1 530 MPa（強(qiáng)化系數(shù)k=1）；

總壓縮率：L3.0=70.2%，道次平均壓縮率：L3.0= 18.3%；

光線實(shí)際強(qiáng)度：

6#：P2.0，實(shí)際=1 968 MPa（線徑2.01 mm），實(shí)際強(qiáng)化系數(shù)k=1.05；

6#：P3.0，實(shí)際=1 806 MPa（線徑2.99mm），實(shí)際強(qiáng)化系數(shù)k=1.18。

光線強(qiáng)化系數(shù)與原料成分、拉絲機(jī)型號、工藝設(shè)定、拉拔冷卻狀況、車速等因素有關(guān)，只做參考。

4.2 鋼絲熱處理

由客戶要求標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度反推，可得到要想滿足要求，熱處理后鋼絲的強(qiáng)度就必須達(dá)到1 280 MPa，且晶粒度細(xì)密，索失體化率要達(dá)到98%。故根據(jù)鋼絲熱處理原理，設(shè)定熱處理工藝，爐溫：930～980℃之間（四段連續(xù)加熱），鉛溫550～570℃，車速V2.0= 35 m/min（DV=70），V3.0=18 m/min（DV=54）。

熱處理后鋼絲強(qiáng)度：P2.0，熱=1 344 MPa（實(shí)際線徑1.99 mm）；

P3.0，熱=1 294 MPa（實(shí)際線徑2.99 mm）；

金相組織狀況較好，晶粒較細(xì)密，索氏體化率均達(dá)到99%以上，見圖3、圖4。

4.3 二次拉絲

由于道次及壓縮率排布受拉絲機(jī)型號限制，故對火線做預(yù)處理，2.0→1.80 mm，3.0→2.60 mm，由17#拉絲機(jī)（LZ 4/600）完成，之后進(jìn)行正式二次拉絲。P1.8，光=1 418MPa，P2.60，光=1 390 MPa，見表3，圖5、圖6。

圖3 2.0 mm鋼絲熱處理后的金相組織圖X500

圖4 3.0 mm鋼絲熱處理后的金相組織圖X500

光線理論強(qiáng)度及壓縮率：

P1.8→0.5，理論（1.8÷0.5）1/2×1 418=2 690 MPa（強(qiáng)化系數(shù)K=1）；

表3 拉絲機(jī)型號及二次拉絲工藝排布

圖5 拉拔0.50 mm鋼絲的道次壓縮率曲線圖

圖6 拉拔0.80 mm鋼絲的道次壓縮率曲線圖

總壓縮率：L1.8→0.5=92.3%，道次平均壓縮率：L1.8→0.5=10.1%；

P2.6→0.8，理論=（2.6÷0.8）1/2×1 390=2 506 MPa（強(qiáng)化系數(shù)K=1）

總壓縮率：L2.6→0.8=92.9%，道次平均壓縮率：L2.6→0.8=9.4

經(jīng)過實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證，Φ0.50 mm和Φ0.80 mm細(xì)規(guī)格鋼絲的各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到客戶標(biāo)準(zhǔn)要求，具體數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 ∮0.50 mm和∮0.80 mm細(xì)規(guī)格鋼絲試制數(shù)據(jù)

5 結(jié)語

通過本次生產(chǎn)試制，初步摸索了0.50～0.80 mm規(guī)格區(qū)間光面鋼絲的生產(chǎn)，檢驗(yàn)了拉絲機(jī)生產(chǎn)能力尤其是LZ 4/450+8/400的極限值，基本達(dá)到了預(yù)期效果，得到的結(jié)論和經(jīng)驗(yàn)：

0.50 mm及0.80 mm高強(qiáng)度光面鋼絲可由現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)，但過程中仍有需要控制的細(xì)化點(diǎn)和鞏固的點(diǎn)，如：拉絲機(jī)罐體間擺臂的張力調(diào)整；調(diào)制器對0.80 mm以下光線的壓下量及調(diào)制輪的直徑是否合適（解決圈徑問題和翹起問題）；光面鋼絲的表面質(zhì)量控制，不出現(xiàn)劃痕或其他表面缺陷（模具及過程的控制）。

通過拉絲的跟蹤可以看出，總得壓縮率越大，道次排列越多，拉絲的強(qiáng)化系數(shù)K越小，越有利于鋼絲的韌性指標(biāo)（扭轉(zhuǎn)、彎曲值）的提高，也越有利于鋼絲使用壽命的提高。故，在設(shè)計(jì)光面產(chǎn)品工藝時(shí)在兼顧產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)的前提下，應(yīng)盡量增加鋼絲總得壓縮率和拉拔道次。

［1］陳賢忠，伍玉嬌.半成品總壓縮率對成品鋼絲力學(xué)性能的影響［J］.貴州工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2006（2）：1-35.

［2］王利明，楊恒.拉拔變形對中碳鋼絲顯微組織及性能的影響［J］，金屬制品，2010，36（3）：12-14.

［3］羅素梅.鋼絲拉拔生產(chǎn)技術(shù)淺析［J］新疆有色金屬，2008，31（4）：77-80.

Trail of Small Sized High Strength Carbon Steel Wire for Wire Rope Application

YANG Zhi-qiang
（Tianjin Metallurgy Group Zhongxing Shengda Steel Industry Co.，Ltd.，Tianjin 301616，China）

In order to produce 0.50～0.80 mm small sized high strength carbon steel wire for wire rope application，the company，taking∮5.5 mm wire rod of 80 grade steel as raw material，utilized existing equipment and designed its process flow and process parameters.Inspection showed the wire strength reached 2 400～2 800 MPa，higher than 1 960 MPa，the wire strength required by YB/T5343-2015 Steel Wire for Wire Rope and the torsion and bending values for the index of wire toughness were not reduced.The indices of the strength and toughness of small sized steel wire made for high strength and high fatigue wire rope maintained at a satisfying level，meeting the requirement of wire properties at subsequent process.

small size wire；high strength；wire rope manufacture；carbon steel wire

10.3969/j.issn.1006-110X.2016.02.003

2015-10-13

2015-11-02

楊志強(qiáng)（1985—），男，本科，主要從事鋼絲熱處理工藝及產(chǎn)品質(zhì)量控制工作。