輥軋成型工藝在低碳鋼絲生產上的應用

李曉明 陳雄新 賀磊 彭超 張天山

新疆八鋼金屬制品有限公司

一、前言

固定模拉技術應用已有幾百年的發展歷史，近幾十年來，開發研究應用更為迅猛，有的問題仍需深入研究。在諸多問題中，突出的是模具與變形金屬接觸面的摩擦以及伴隨產生的熱效應等一系列問題，它影響拉拔后產品質量，使拉拔力增大，能耗上升，模具磨損加快，影響拔后金屬的形狀尺寸，并使拉拔速度和道次面縮率受到制約。

解決上述問題的通常途徑，一是模具的材質與制作的改善；二是合適的潤滑方式和潤滑劑：三是合理的模具形狀和模具角度，如反張力拉拔，振動拉拔和旋轉模拉拔等對拉拔過程都是有益的。

以上種種措施都是有效的，但拉拔的基本原理未變，金屬與模具間仍是全面的滑動摩擦，而利用旋轉的軋輥輥軋金屬變形來生產鋼絲，可以把模具與變形金屬間較大的滑動摩擦變為非常小的滾動摩擦，減少摩擦”熱效應” 。

輥軋變形有兩種形式，一種軋輥是被動以輥拉的，靠施加在金屬上的拉拔力拖動軋輥實現高金屬變形，一般稱為輥模拉拔法(簡稱輥拔法)；另一種軋輥是主動的，主動旋轉的軋輥拽入金屬，進入孔型實現變形，稱為軋制法。

二、低碳鋼絲輥軋現狀

（一）國內現狀

1978年6月在瑞士巴塞爾國際展覽會上展出了意大利制作的單電機集中拖動的三輥Y型軋機。現在，鋼絲輥軋技術已在美國、意大利、德國、日本、荷牙利、芬蘭以得到應用，鋼絲品種包括低碳鋼絲、制繩鋼絲、焊接用鋼絲、不銹鋼絲、預應力鋼絲、鋼簾線等20多種。

在我國，鋼絲輥軋成型工藝已經起步，但生產廠家甚少，輥軋主要應用于要求高光潔度表面的五金裝潢用鋼絲、藥芯焊絲行業和難變形金屬的拉拔如鈦合金及稀有金屬合金的加工等。

（二） 國外現狀

意大利的鋼絲輥軋成型工藝處于世界領先水平，其特點是軋制速度高可達到30m/s，主要應用在高強度鋼絲加工和難變形金屬行業。

三、低碳鋼絲輥軋工藝特點

輥軋技術的興起，是對金屬制品拉絲行業的變革。輥軋鋼絲生產工藝與傳統的拉絲生產工藝相比，具有幾大優點值得大量推廣應用。

一次輥軋的變形量大，用軋制方法生產鋼絲，被軋金屬在三只或四只軋輥構成的變形區中處于三向壓應力狀態(拉拔是兩向壓一向拉的應力狀態)。壓應力有助于金屬內部缺陷的彌合，而拉應力則存在使缺陷繼續擴展的趨勢，因此輥軋比冷拉具有較低的加工硬化程度，金屬塑性變形狀況較好，此外，冷軋過程中金屬與旋轉的軋輥之間只有微小的摩擦，軋件展寬少、延伸大，所以，冷軋的變形量很大，一次冷軋的總壓縮率可達96%。

生產效率高，由于輥軋鋼絲可以一次成形，而且軋制速度高，輥軋速度可到25m/s，(國外輥軋鋼絲的速度己達30m/s)，國內模拉速度最高為15m/s，所以，輥軋鋼絲的生產效率比冷拔生產高得多。輥軋生產過程中，前后兩盤線材對焊之后的接頭在三向壓應力作用下易被壓合，所以輥軋時的斷絲率低。

能耗低、成材率高，拉絲過程中，摩擦損失的功占總功耗的30～40%，而輥軋過程中的這種損失卻很少，可忽略不計。此外，由于輥軋一次可實現的總變形雖大，所以輥軋鋼絲生產工藝可省略或減少退火、酸洗工序，從而使生產簡化，節省能源，降低亂絲、切頭損失，提高成材率。

產品質量好、性能可靠，拉絲過程中，被拉金屬表而與模孔內壁之間產生滑動摩擦，金屬表面變形比較嚴重，表里發熱不一致，容易造成鋼絲橫斷面的機械性能不均，并殘留較大的附加應力。軋制時，被軋金屬與滾動的軋輥之間只有極輕微的摩擦，金屬的變形比較均勻，表里溫差甚小，因而鋼絲機械性能一致；此外，被軋制的金屬在壓應力作用下，其表面缺陷易于被“焊”合，因此引起應力集中的機率就少。

四、低碳鋼絲輥軋工藝設計

（一）模具拔生產

某金屬制品每年生產8萬噸的低碳Ф2.8mm鋼絲，由于原材料因素斷線慮達到3次/噸，故采用二次拉拔工藝，采用該種工藝生產造成人工效率低，能耗高，后續拉拔0.7mm鋼絲還需要增加一道退火工序。

（二）輥軋工藝設計

為實現Ф2.8mm鋼絲的一次成型及后續水箱直接拉拔至Ф0.7mm，不采用中間退火，工藝設計中既要考慮鋼絲表面掛粉量，又要考慮鋼絲延伸性能的保持，將工藝設計為3模拉+3道輥軋的6道組合一次成型Ф2.8mm鋼絲，后續再水箱拉拔至Ф0.7mm，本工藝設計即利用了鋼絲模拉成型掛粉好的優勢，利于后續水箱拉拔的潤滑，又利用了輥軋工藝對鋼絲表面缺陷的“焊”合優勢。

輥軋工藝要求及控制如下表：

表4.1工藝控制要求

（三）輥軋孔型設計

（1）孔型設計是實現輥軋鋼絲最終尺寸的關鍵設計，軋輥采用HRC≥89的硬質合金（YG11）。

圖1 Ф2.8mm鋼絲成品輥孔型設計圖

表4.2成品輥孔型尺寸表

表4.3減徑輥孔型尺寸表

（四）組合成型工藝參數

1.使用組合工藝生產鋼絲規格如下表

表4.4鋼絲規格如下表

2.使用組合工藝生產鋼絲，鋼絲斷線率如下表

表4.6斷線率統計表

3.使用組合工藝生產鋼絲，鋼絲力學性能如下表

表4.7鋼絲力學性能如下

4.使用組合工藝生產鋼絲，鋼絲微觀金相組織如下表

圖4 輥軋鋼絲與模拉鋼絲金相組織對比

從產品的內部金相組織對比，輥軋比拉拔的產品金相組織結構更均勻。

五、總結

通過對低碳鋼絲模拉+輥軋組合生產工藝的探索，實現了Ф6.5原料一次成型至Ф2.8mm；產品延伸在5.0～6.5%，能夠直接應用于后續水箱拉拔至Ф0.7mm鋼絲，減少了一道退火工序。