細規格高強度制繩用碳素鋼絲的試生產

楊志強（天津冶金集團中興盛達鋼業有限公司，天津301600）

細規格高強度制繩用碳素鋼絲的試生產

楊志強
（天津冶金集團中興盛達鋼業有限公司，天津301600）

為生產出直徑為0.50～0.80 mm細規格高強度制繩用碳素鋼絲，以80#鋼∮5.5mm盤條為原料，利用公司現有設備，進行工藝流程和工藝參數設計。經檢測，鋼絲強度達到2 400～2 800 MPa，高于YB/T5343—2015《制繩用鋼絲》中鋼絲1 960 MPa強度級的范圍，且鋼絲韌性指標扭轉值和彎曲值未降低，使細規格鋼絲的強度與韌性指標均維持在較高水平，滿足了生產高強度高疲勞性能鋼絲繩對鋼絲的性能要求。

細規格鋼絲；高強度；制繩；碳素鋼絲

1 引言

近期我公司接到客戶高強度光面鋼絲產品的試制訂單，兩個規格Φ0.50 mm和Φ0.80 mm。客戶標準要求：P0.5=2 400～2 750 MPa；P0.80=2 310～2 560 MPa；要求鋼絲強度均勻，不允許有焊接點，漲圈≥300 mm，翹起≤20 mm。鋼絲扭轉值及彎曲值不低于YB/T5343—2015《制繩用鋼絲》中對應規格的標準要求。

2 原料選擇

根據客戶要求的鋼絲規格及強度范圍，經過理論計算，要想達到客戶要求，所選用的鋼種必須為含碳量較高優質碳素結構鋼，且要滿足鋼絲經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，使用高碳鋼盤條生產的高性能鋼絲，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小、均勻的索氏體組織，從而獲得良好的拉拔性能，經過冷拉拔變形和捻制等過程生產出高性能的鋼絲繩［2］。因而，通過綜合考慮，并結合公司現有設備能力，決定選取天津榮程鋼鐵有限公司生產的80#優質碳素結構鋼∮5.5 mm盤條進行投料生產。盤條初始強度：1 130 MPa，成分見表1。

盤條成分執行GB/T4354-2008《優質碳素鋼熱軋盤條》要求。

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

3 生產流程設計

由于Φ5.5 mm直拔∮0.50 mm和∮0.80 mm鋼絲總壓縮率分別達到了99.2%和97.9%，已遠遠超出現有設備能力范疇，且盤條在拉拔過程中會由于冷塑性變形產生的加工硬化現象的積聚而發生斷裂。故，在實際生產流程設計時，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→酸洗、磷化→一次拉絲→檢、試驗→在線熱處理酸洗磷化→二次拉絲→檢、試驗→包裝→入庫。

表1 榮鋼80#盤條成分與標準對比 /%

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

具體生產過程如下：

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 實際生產

4.1 一次拉絲

見表2，見圖1圖2。

表2 拉絲機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流程進行實際試生產，并根據抗拉強度計算的經驗公式［3］，對比理論強化系數與實際強化系數的差別：式中，Rn為拉拔后鋼絲的抗拉強度，MPa；k為與拉拔條件（潤滑、冷卻）有關的強化系數；R0為盤條的原始抗拉強度，MPa；d0為盤條拉拔前的直徑，mm；dn為拉拔后鋼絲的直徑，mm。

由以上公式可計算得到：

光線理論強度：P2.0，理論=（5.5÷2）1/2×1 130=1 874 MPa（強化系數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（強化系數k=1）；

總壓縮率：L3.0=70.2%，道次平均壓縮率：L3.0= 18.3%；

光線實際強度：

6#：P2.0，實際=1 968 MPa（線徑2.01 mm），實際強化系數k=1.05；

6#：P3.0，實際=1 806 MPa（線徑2.99mm），實際強化系數k=1.18。

光線強化系數與原料成分、拉絲機型號、工藝設定、拉拔冷卻狀況、車速等因素有關，只做參考。

4.2 鋼絲熱處理

由客戶要求標準強度反推，可得到要想滿足要求，熱處理后鋼絲的強度就必須達到1 280 MPa，且晶粒度細密，索失體化率要達到98%。故根據鋼絲熱處理原理，設定熱處理工藝，爐溫：930～980℃之間（四段連續加熱），鉛溫550～570℃，車速V2.0= 35 m/min（DV=70），V3.0=18 m/min（DV=54）。

熱處理后鋼絲強度：P2.0，熱=1 344 MPa（實際線徑1.99 mm）；

P3.0，熱=1 294 MPa（實際線徑2.99 mm）；

金相組織狀況較好，晶粒較細密，索氏體化率均達到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型號限制，故對火線做預處理，2.0→1.80 mm，3.0→2.60 mm，由17#拉絲機（LZ 4/600）完成，之后進行正式二次拉絲。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

光線理論強度及壓縮率：

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

表3 拉絲機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（強化系數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

經過實際生產驗證，Φ0.50 mm和Φ0.80 mm細規格鋼絲的各項性能指標均達到客戶標準要求，具體數據如表4所示。

表4 ∮0.50 mm和∮0.80 mm細規格鋼絲試制數據

5 結語

通過本次生產試制，初步摸索了0.50～0.80 mm規格區間光面鋼絲的生產，檢驗了拉絲機生產能力尤其是LZ 4/450+8/400的極限值，基本達到了預期效果，得到的結論和經驗：

0.50 mm及0.80 mm高強度光面鋼絲可由現有設備進行生產，但過程中仍有需要控制的細化點和鞏固的點，如：拉絲機罐體間擺臂的張力調整；調制器對0.80 mm以下光線的壓下量及調制輪的直徑是否合適（解決圈徑問題和翹起問題）；光面鋼絲的表面質量控制，不出現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，拉絲的強化系數K越小，越有利于鋼絲的韌性指標（扭轉、彎曲值）的提高，也越有利于鋼絲使用壽命的提高。故，在設計光面產品工藝時在兼顧產品技術標的前提下，應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性能的影響［J］.貴州工業大學學報（自然科學版），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.鋼絲拉拔生產技術淺析［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（1985—），男，本科，主要從事鋼絲熱處理工藝及產品質量控制工作。