切割鋼線生產過程中水基聚合物淬火工藝研究

王慧峰

摘 ?要：針對YJ29接裝機使用水溶性加膠濾棒，煙支濾嘴切口出現拉絲、丙纖融化現象進行分析，得出產生該現象的主要原因是最后切刀切割水溶性加膠濾棒時切割區域溫升過高，降低切削速度可以減少切削熱，從而降低切割區域溫升。采取改進措施給最后切刀電機加裝變頻器，通過實驗確定了變頻器合適工作頻率，減少了切削熱，降低了切割區域溫升，減少了煙支濾嘴切口拉絲、丙纖融化現象。

關鍵詞：水基聚合物;AQ110 淬火介質;切割鋼線;工藝

中圖分類號：TN305.1 ? ? 文獻標識碼：A ? ? ?文章編號：1006-8937（2015）36-0109-02

1 ? 概 ?述

冷卻是鋼鐵熱處理生產的關鍵工藝，熱處理的冷卻包括退火、正火、淬火等。其中，淬火冷卻要求高、技術難度大，一直是熱處理生產關注的重點。淬火冷卻速度過慢，就不能獲得合適的淬火硬度和淬層深度;而冷卻速度過快，又可能引起淬裂，或者淬火組織不穩定。而且，在工業文明飛速發展的今天，淬火液的成本、環保等因素越來越受重視。

淬火冷卻工藝的關鍵是選擇合適的淬火介質。合適的淬火介質必須是在淬火條件下能滿足熱處理要求，冷卻速度恰到好處，使得淬火后的工件具備需要的加工或使用性能。切割鋼線熱處理生產具有大量、連續、長期不間斷的特點，鋼絲本身具有尺寸均勻、便于繞盤收放線，工藝狀況一致的特點。基于以上特點，切割鋼線生產要求淬火介質能滿足單一工件隨著時間延續處理的均勻性，不同批次淬火介質的穩定性及長期生產過程淬火介質的可維護性。切割鋼線熱處理生產的淬火冷卻技術，要通過采用高質量、介質性能穩定的冷卻介質、與介質匹配的運行設備，以及相關的用法技術，來消除或減小切割鋼線各批次的性能差異，以確保獲得更可靠的和均一穩定的熱處理質量。

AQ110是一種濃度很高的聚丙烯酸酯鈉水溶液，其它成分包括防銹劑、防腐劑、消泡劑等。作為淬火介質，通過鋼絲間接受熱的時候，形成的氣泡不容易開裂。該淬火介質無油，無毒，能生物降解，不易燃。外觀為輕微不透明的琥珀色的液體，隨著溫度的升高其流動性增強。通常，從淬火槽的結構設計、配備循環冷卻以及加熱系統、安設攪拌裝置對介質做合理的攪動、使用工裝具和有關的操作技術來改善介質均勻性問題。而介質冷卻特性的長期穩定，則要靠冷卻介質的穩定性，并進行合理的使用維護方法來解決。

切割鋼絲生產過程中，經過拉拔的絲通過天然氣明火爐加熱到奧氏體溫度以上并保溫一定時間，在碳元素充分溶解到奧氏體中后，迅速浸入水基淬火液冷卻，達到索氏體化溫度附近時，在熱空氣中完成索氏體化后進行后續加工。

2 ?水基淬火液的濃度控制

AQ110水基淬火液的冷卻特性決定于其中聚丙烯酸酯鈉的特性和數量，其他提供輔助性能的添加劑對淬火液的冷卻特性幾乎沒有影響。淬火液中所含聚丙烯酸酯鈉聚合物的變化主要是量的變化和質的變化。量變是隨著鋼絲熱處理的進行，聚合物會粘附在鋼絲表面被帶走;質變是聚丙烯酸酯鈉的受熱分解。在生產過程中，水基淬火液還會被鋼絲表面氧化皮、雜質等污染而降低性能。

為了保證切割鋼線熱處理工藝的穩定性，基于日常使用的要求，AQ110水基淬火液必須保證在合適的濃度范圍內波動。隨著時間的推移，淬火液中的雜質會越來越多，有效成分分解，維持氣泡的能力下降。因此，水基淬火液必須進行定期添加和更新，保證有效成分的含量，并定期進行沉淀，清理氧化皮等雜質。

聚丙烯酸酯鈉具有很高的化學穩定性，在室溫下與一般的酸堿不發生反應。當溫度達到250 ℃以上且又有氧存在的條件下才被氧化分解。淬火過程中，粘附在工件表面的聚合物膜大部分受到周圍的水分被氣化保護而保持在不高于水沸點的溫度。但緊接工件表面的部分仍然可能升到更高的溫度而發生氧化分解。分解產物不再具有原來調整冷卻特性的能力，而成為雜質成分存在于淬火液中。淬火液的濃度越高，熱處理過程工件表面形成的聚合物膜越厚，發生這種失效分解的聚合物量也越多。熱處理生產的產量及淬火液使用的時間也會加劇淬火介質的失效。

水基淬火液在鋼絲表面形成氣泡的能力與有效成分的濃度關系密切，也是保證淬火熱處理的關鍵。濃度較低時，經過熱處理的產品數據散差較大，冷卻特性不穩定。濃度稍高時，數據一致性較好。但濃度過高會增加淬火液粘度，實際生產時隨鋼絲走線帶出量增大，造成浪費。實踐表明，在連續生產過程中，添加量維持在1升/噸，按日等量添加，淬火液濃度可以穩定控制在8%～10%。

3 ?水基淬火液的溫度控制

水基淬火液與熱處理工件的溫差越大，淬火處理的工件散熱的溫度梯度越大，處理后的工件一致性越差。但受限于水基介質的沸點溫度，水基淬火液的溫度控制一般不高于90℃。而且，較低溫度對降低能耗、淬火液日常維護的便利性都有好處。由于水基淬火液的冷卻性能受淬火液溫度的影響極大，在實際生產過程中，為了保證溫度的波動范圍盡可能小，需要采用循環加熱的方式，并且保證足夠的循環余量來帶走鋼絲的熱量，達到淬火的目的。初始設計生產工況時，需要對循環系統進行試驗，保證鋼絲帶入的熱量恰好維持在循環散熱的范圍內。

由于鋼絲的幾何尺寸相對簡單，直徑均勻，內部等厚點的散熱與組織轉變程度基本趨于一致，所以給淬火熱處理帶來了極大地便利。處理后的鋼絲性能均勻可靠。

4 ?水基淬火工藝

在確保水基淬火液有效成分及溫度的前提下，保證鋼絲浸入淬火介質前完成奧氏體化，通過調整淬火時間來達到需要的索氏體。形成索氏體的條件是奧氏體在450～550 ℃范圍內完成等溫組織轉變。在切割鋼線生產過程中，通過控制鋼線走線速度和鋼線在水基淬火介質的長度來達到這一目的。

鋼絲從爐子中出來，得到均勻的奧氏體。如果冷卻速度過快，一般得到堅硬的馬氏體，無法拉拔。在水中加入AQ110后，能極大的提高水的表面張力，在熱的鋼絲表面形成一層蒸汽膜。鋼絲在水基淬火介質中通過蒸汽膜與淬火介質進行熱交換，實現鋼絲的淬火冷卻。鋼絲在任何時候都不與水直接接觸，索氏體組織轉變結束前，鋼絲與水直接接觸會形成馬氏體。根據連續冷卻轉變曲線，可以選擇最適當的工藝規范，從而得到恰好的索氏體組織，達到提高強度和塑性以及防止組織缺陷的產生等。

在走線速度一定的情況下，鋼絲直徑越粗，浸液長度越長。而且隨著鋼絲直徑的增加，浸液長度增加較大。實際操作時，通過處理后的鋼絲抗拉強度檢驗組織是否合適。處理后的鋼絲抗拉強度控制在1 270 MPa左右較為理想。以0.90 mm鋼絲淬火熱處理為例，鋼絲線速度65 m/min，浸液長度500～700 mm，得到的鋼絲抗拉強度在1 270 MPa左右，性能均勻穩定。

5 ?結 ?語

①水溶性聚合物淬火介質AQ110在生產中不僅提高了工件的熱處理生產效率，得到了滿意的熱處理效果，還能減少環境污染和生產中的維護成本。

②淬火介質的應用是熱處理行業的關鍵環節，使用AQ110淬火液處理高碳鋼絲，工藝穩定可控，處理后的鋼絲性能一致性良好，加工性能良好。

③由于鋼絲具有形狀單一，散熱迅速，容易淬透的特點，所以比較適合使用AQ110淬火液。基于鋼絲的熱處理工藝，有必要對其它復雜工件進行淬火工藝試驗，拓展AQ110淬火液的應用領域。

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