高碳鋼絲拉拔斷裂原因分析

李曉明 賈越 賀磊 王榮海 楊軍

新疆八鋼金屬制品有限公司

一、前言

作為當今世界的三大支柱，材料、能源、信息都與我們的生活息息相關，其中材料也直接影響到國家的科學發展以及國民經濟走向。隨著我國機械、建筑行業的高速發展，也加大了金屬材料的消耗量，推動著金屬制品業的前進[1,2]。作為金屬制品中不可或缺的成員，鋼絲的需求量日在益增加，鋼絲生產的主要工藝流程為：原料→清除氧化鐵皮→涂層處理→拉絲→熱處理→鍍層處理。

目前，國內鋼絲普遍存在力學不穩定現象，使鋼絲在連續拉拔的作業過程中會出現斷裂現象，既降低了現場生產效率、提高產生成本，也為企業帶來了不良口碑及質量異議等問題[3]。而鋼絲斷裂的主要原因分別來自盤條質量和現場工藝兩方面[4]?，F為提高材料性能，減少鋼絲斷裂現象對企業造成的影響，現通過某企業具體案例的現場工藝、拔絲機組、配模情況、拉拔溫度及斷口形貌進行分析，并提出相關改進措施[5]。

二、拉拔機組及拉拔規格

該企業采購一批60#為拉拔鋼絲繩坯料，在各機組的拉拔過程中，鋼絲出現了斷裂現象，現就拉拔情況予以分析說明（見表1）。

表1 拔絲機組及成品規格參數

（一）17/650水箱拉絲機組拉拔情況

1.現場工藝

該機組拉拔的Φ1.95mm鋼絲，使用的磷化沾硼砂工藝對原料進行前處理，其磷化盤卷表面發黑，仔細觀察可以發現盤卷夾縫中存在氧化鐵皮，而且由于烘干效果不佳，導致盤卷的縱向表面可觀察到兩道寬15～30mm的表面浮銹，擦拭后可見鋼基體，說明該前處理工藝存在洗不凈現象。

2.機組配模參數

該水箱機組為15連拔機組，具體配模參數見表2。

表2 17/650水箱拉絲機組配模參數

3.鋼絲斷口形貌及現象分析

該機組截共拉拔原料約22噸，成品表面黝黑油潤，磷化膜連續完整，僅斷線一次，斷線道次為Φ2.1mm規格（倒數第二道）。斷口表現為杯錐狀斷口，斷裂源自鋼絲內部，斷口前后使用手鉗彎折并未出現二次斷裂，故判斷斷裂因素與拉絲模角度偏大與壓縮率偏小有關。在拉拔過程中，鋼絲中心區域壓縮不到位，表層金屬變形比芯部大，導致表層金屬產生壓應力，芯部產生拉應力。鋼絲的中心線上逐漸產生速度不連續點，導致拉拔過程的中心區域與外部區域流速不一致，在流速分歧處產生“v”型裂紋，斷裂時斷口呈現杯錐狀。雖然從應用上觀察磷化表面浮銹未對拉拔造成直接影響，但經過長時間拉拔，會造成模具的快速消耗，若不及時更換，更會導致成品鋼絲表面廢。

（二）9/560滑輪拉絲機組拉拔情況

1.現場工藝

其中3噸原料前處理使用的磷化沾硼砂處理工藝，其磷化盤卷表面發黑，拉拔過程表面有脫膜現象，但拉拔過程較為連續，沒有發生斷裂情況。

其中21噸原料前處理使用的磷化沾石灰處理工藝，其磷化盤卷表面發白，能夠觀察到磷化層結晶物，且拉拔過程中鋼絲表面斑駁，磷化膜出現不完整現象，成品鋼絲發灰，并出現斷裂情況。

2.機組配模參數

該滑輪拉絲機組具體配模參數見表3。

表3 9/560滑輪拉絲機組配模參數

3.機組各道次溫度情況

從現場溫度情況來看，該機組冷卻能力不足，導致卷筒溫度過高，其中第三道、第七道、第八道溫度已嚴重超出拉絲的正常溫度。各道次具體溫度見表4。

表4 各道次溫度具體參數

4.鋼絲斷口形貌及現象分析

該機組拉拔Φ2.7mm鋼絲，使用原料約44噸，共發生斷裂3次，斷裂位置分別為Φ2.94mm兩次、Φ3.24mm一次。斷樣呈斜劈裂斷口，斷裂源產生于鋼絲表面，通過對現場機組運行觀察，發現現場存在拉絲模具角度偏離卷筒切線的問題，造成鋼絲靠卷筒側變形大且溫度高，易造成鋼絲從靠卷筒內測斷裂。其次，在拉拔的過程中，操作工更換模具不及時，可觀察到第四道次及第五道次間的鋼絲表面存在可見縱向拉痕，其表面發亮，磷化膜破裂，但操作工不更換模具，造成3次鋼絲斷裂情況。在該機組模具全部更換后，連續拉拔約20噸未再發生斷線現象。

（三）8/560滑輪拉絲機組拉拔情況

1.現場工藝

該機組拉拔的Φ2.7鋼絲，原料前處理使用的磷化沾石灰處理工藝，其磷化盤卷表面發白，能夠觀察道磷化層結晶物，在拉拔的過程中其鋼絲表面斑駁，出現磷化膜不完整現象，成品鋼絲發灰，并出現斷裂現象。

2.機組配模參數

該滑輪拉絲機組具體配模參數見表5。

表5 8/560滑輪拉絲機組配模參數

3.機組各道次溫度情況

從現場溫度情況來看，該機組存在冷卻能力不足現象，導致卷筒溫度過高。各道次具體溫度見表6。

表6 各道次溫度具體參數

4.鋼絲斷口形貌及現象分析

該滑輪拉絲機組拉拔Φ2.7mm鋼絲，使用原料約16噸，共發生斷裂5次，斷裂位置分別為Φ3.01mm三次、Φ3.35mm兩次。斷樣呈斜劈裂斷口，斷裂源產生于鋼絲表面。通過對現場機組運行觀察，發現現場存在拉絲模具角度偏離卷筒切線的問題，造成鋼絲靠卷筒側變形大、溫度高，易造成鋼絲從靠卷筒內測斷裂情況。該機組在更換模具后，連續拉拔6噸時發生了一次斷線，隨著生產時間的增加，模具磨損情況加劇，斷絲率也不斷提高，斷線次數逐漸增多。

三、斷裂情況分析及改進措施

（一）前處理對比分析

通過表1可看出，滑輪機組斷線率遠遠高于水箱機組，主要因素在于機組卷筒冷卻效果不佳與潤滑不良的疊加效果。也反映了前處理過程采用磷化沾石灰處理工藝的潤滑效果不如磷化沾硼砂處理工藝，也造成了拉拔過程中的鋼絲的溫度提升，進一步促使拉絲模具角度偏離卷筒切線的情況發生，拉拔過程中的鋼絲局部溫度提升。同時，操作工不及時換模具，也會加劇鋼絲拉拔溫度的提升。

（二）潤滑效果分析

當鋼絲潤滑不良時，鋼絲與模具之間的劇烈摩擦，能使鋼絲表面溫度迅速升高到奧氏體轉變溫度之上，鋼絲良好的導熱性能在表層形成較大的溫度梯度，為馬氏體相變提供所需的過冷度，而且鋼絲表面的壓應力狀態能使奧氏體轉變點下移，這些因素都促使鋼絲表面潤滑不良發生馬氏體相變，表層馬氏體硬化層在拉拔時形成顯微裂紋，隨著拉拔道次增加，該區域將形成斷裂源。

（三）原料分析

該批原料錳含量偏高平均達到0.68%，導致盤條強度較高。同時錳的含量對鋼絲的導熱性有較大影響，在拉拔的過程中對溫度的提升較為敏感，并且拉絲卷筒降溫不良，導致拉拔鋼絲的斷線率提升。

四、結論

通過對本案例現場拉拔情況進行分析研究后，針對此類斷裂問題，可通過提高磷化酸洗工藝質量、縮短模具更換周期、調整拉絲模具進線角度和選用低錳含量原料等幾個方面，可有效降低鋼絲的斷裂次數。