影響鋼絲質量的主要因素
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摘 要：為滿足鋼絲制品應用領域日益增長的市場需求，提升鋼絲質量非常關鍵。該文總結了影響鋼絲質量的10個主要因素：線材、表面處理、熱處理、拉絲模與模盒、摩擦與潤滑、冷卻、拉拔速度、壓縮率、對焊接頭、拉絲工。其中拉絲工作為一個主要影響因素是首次提出，應該引起鋼絲生產企業的高度重視。
關鍵詞：金屬制品 鋼絲 拉絲 產品質量 影響因素
中圖分類號：TG356 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）04（b）-0065-03
鋼絲是以熱軋線材為原料，經過表面準備、熱處理、拉拔、鍍（涂、包覆）層四大主要工序加工而成[1]。
我國鋼絲制品低端產品居多，高技術含量、高附加值產品的比率仍處于較低水平，現有的產品難以滿足應用領域日益增長的市場需求?，F在不再是鋼絲產品產量的擴張，而是鋼絲產品質量的提升，誰在質量上有所作為，誰就會持續發展。影響我國鋼絲生產質量的因素很多，通過研究認為有10個主要因素。
1 線材
線材是鋼絲生產的主要原料，線材質量的優劣直接影響著鋼絲成品的質量。鋼絲生產企業要與線材生產企業密切合作，從鋼種的研發和線材的品質入手，滿足鋼絲制品企業產品的技術要求。
高質量的線材要輔以嚴格的管理，嚴把原料進廠關，從驗收到投料，都要有一整套嚴密的規章制度，才能在穩定的工藝條件下，生產出高質量的產品。
線材大體分為4類：普通碳素結構鋼線材、優質碳素結構鋼線材、焊條鋼線材、合金鋼線材。鋼絲生產對線材有很多具體的要求，一般來說主要是尺寸精度、內在質量（內在質量主要指不得有縮孔、氣泡、收縮疏松，非金屬夾雜、脫碳等缺陷）、表面質量（線材表面應光滑，不得有目視可見的折疊、裂縫、耳子、分層、結疤及夾雜等缺陷）、力學性能（抗拉強度、屈服強度、斷面收縮率、斷后伸長率等要求）、大盤重、包裝、標志、運輸和儲存等[2]。
2 表面處理
表面準備的任務和主要目的是去除氧化皮和涂覆潤滑載體。
2.1 去除氧化皮
線材表面氧化皮的存在會造成鋼絲表面缺陷和模具過早損壞，甚至會阻塞?？?，致使拉拔斷裂。去除氧化皮的要求是完全徹底去除。
碳素鋼線材表面氧化皮的去除方法有：機械法、化學法、電解酸洗法。合金鋼線材表面氧化皮的去除方法有：混合酸洗法、熔融鹽處理法、苛性鈉高錳酸鉀溶液浸洗法等[3]。
2.2 涂覆潤滑載體
為保證潤滑劑能牢固地粘附在絲材表面，能順利地進入拉拔變形區，達到預期的潤滑效果，拉拔前要對絲材進行涂覆潤滑載體。一定粗糙度的潤滑載體（涂層）將潤滑劑載入?？變?，和潤滑劑一起組成足夠厚的潤滑膜，這就是潤滑涂層[3]。
鋼絲的涂層種類較多，常用涂層有：磷化、涂硼砂、鍍銅、皂化、涂石灰等。目前采用最多、最有代表性的涂覆潤滑載體是磷化。磷化主要工藝參數有：總酸度、游離酸度、ZnO含量、HNO3含量、H3PO4含量、溫度、時間。在磷化中，酸比是磷化的關鍵。酸比是指總酸度的點數和游離酸度的點數之比，記為：酸比=總酸度/游離酸度。
3 熱處理
鋼絲進行熱處理主要是為了消除其組織的不均勻性、消除冷加工造成的加工硬化、保證成品鋼絲的最終機械性能或物理性能。
熱處理方法有：等溫淬火處理、退火處理、正火處理、回火處理、調質處理等。鋼絲熱處理工藝參數主要有：鋼絲的加熱溫度、鋼絲的加熱時間、淬火介質的溫度、淬火時間。
鋼絲熱處理設備除部分退火爐以外，大多采用連續式熱處理爐進行加熱。鉛鍋是鋼絲索氏體化處理的重要設備，鉛鍋結構合理、技術性能良好，對提高鋼絲索氏體化處理的質量極為重要，一般采用煤氣、天然氣、煤或用電管式加熱器加熱。
4 拉絲模與模盒
4.1 模具材質
鋼絲生產中應用的拉絲模具按材質分為：硬質臺金模、金剛石拉絲模、人造聚晶金剛石拉絲模、涂層拉絲模、陶瓷拉絲模。我國拉拔鋼絲現在使用的模具主要是硬質臺金模。硬的模具材料可降低拉撥力。用金剛石模比硬質合金模拉拔力減少20%～50%。
4.2 ?？鬃冃螀^的幾何形狀
直線型拉絲模具由入口區、工作區、定徑帶和出口區組成，其特征是?？卓仔偷拿坎糠志手本€形，并且每兩條相鄰直線交接部分呈折線狀。直線形拉絲模適應了高速拉絲的要求。
我國現行硬質臺金模全部是直線形拉絲模，硬質合金拉絲模由模芯和模套兩部分組成，模芯分為A型、B型、C型、D型、E型和F型，模套分為Z型和K型[4]。
4.3 ?？坠ぷ鲄^角度
鋼絲壓縮率較大時宜采用較大工作區角度，粗規格鋼絲道次減面率大，模孔工作區角度多選用14°～16°;中等規格鋼絲道次壓縮率適中，?？坠ぷ鲄^角度多選用12°～14°;較細規格（小于1.5mm）鋼絲道次壓縮率小，?？坠ぷ鲄^角度多選用10°～13°。
4.4 模盒
拉絲模盒內裝有潤滑劑和拉絲模具。一是模盒應保持清潔，要經常清除氧化皮和臟物，如發現拉絲粉受潮或焦化結塊應及時更換。二是拉拔前一定要調整模盒的角度，保證“三點一線”?！叭c一線”是指鋼絲通過模盒入口處，拉絲?？着c拉絲卷筒圓周切點要成一條直線。模盒校準后要緊固，防止擺動。這樣鋼絲線盤卸線后，就避免出現上翹、散亂、扭勁、螺旋線、“∞”字線等。 5 摩擦與潤滑
5.1 摩擦
在拉拔過程中絲材與模具直接接觸，不可避免地產生摩擦力，降低摩擦力是提高拉拔效率的最有效途徑。
摩擦力大小取決于3要素：正壓力、摩擦系數和接觸面積。改變摩擦狀態才是降低摩擦力的關鍵舉措。按摩擦理論，滑動摩擦有4種狀態：干摩擦（干摩擦狀態的摩擦系數高達0.7～1.0）;邊界潤滑摩擦（摩擦系數約為0.10～0.30）;混合潤滑摩擦（摩擦系數約為0.005～0.10）;流體動力潤滑摩擦（摩擦系數可達0.001～0.005）。拉拔過程中影響摩擦系數的因素有：金屬的性質、變形過程的條件、工具與金屬相接觸表面的狀態、接觸表面的正壓力、所采用的潤滑劑。
5.2 潤滑方式
潤滑對鋼絲產品質量影響很大，在拉絲生產中做好潤滑非常關鍵。
拉絲潤滑方式可分為干式潤滑和濕式潤滑兩種，濕式潤滑又分為油性潤滑和水性潤滑兩種。按冷卻效果排列，水性潤滑優于油性潤滑，濕式潤滑優于干式潤滑。
?。?）干粉潤滑。
干式潤滑通常選用干粉狀皂類潤滑劑。干粉狀潤滑劑的主要成分是脂肪酸與堿金屬或堿土金屬的化合物，即金屬皂。
在潤滑劑中添加適量的粘附添加劑（硼砂、元明粉、磷酸鹽等）也能有效增加潤滑膜的厚度。干粉狀潤滑劑中有時還含有一定量層狀無機物，如滑石、膠體石墨、云母、二硫化鉬，以及防銹劑和著色劑等。
（2）油性潤滑。
油性潤滑劑通常由礦物油、動植物油、合成油、油性改善劑、極壓添加劑、粘度改善劑、抗氧化劑、防銹劑，以及消泡劑組成。
?。?）水性潤滑。
水性潤滑劑可分為乳化液和皂溶液兩類。
乳化液是水中加油組成的一種水包油型的乳濁液，通常由礦物油、油性添加劑、乳化劑、防腐劑、抗氧化劑等組成。
皂溶液是由水溶性堿金屬皂（鉀皂、鈉皂），加入防腐劑、消泡劑組成。
6 冷卻
在鋼絲拉拔生產過程中，鋼絲的變形和與模具的摩擦會產生大量熱使鋼絲溫度急劇上升。拉拔發熱引起的危害有：潤滑劑的潤滑失效、模具壽命縮短、鋼絲表面質量下降或拉斷。冷卻是保證鋼絲生產的關鍵因素之一。
6.1 模具冷卻
拉拔發熱主要發生在模具變形區，要實現高速、連續拉拔首先要解決模具冷卻問題。模具冷卻的目的是防止潤滑劑因溫度太高分解、焦化失效;防止模具磨損超標和損壞。
模具冷卻方式有間接水冷、自流水冷、強制水冷、直接水冷等。間接水冷是將模具裝在冷卻水套中，通過水套內的水循環實現模具冷卻，單次拉絲機和生產低碳、低合金鋼絲的拉絲機多采用這種冷卻方式。自流水冷和強制水冷是對模具外套進行直接水冷，自流水冷指將水注入外套四周空間，任其自流回儲水槽中的敞開式水冷。強制水冷指將水泵入外套四周空間，讓水在壓力驅動下流回儲水槽中的封閉式水冷。
6.2 卷筒冷卻
現在直線式連續拉絲機幾乎全部采用薄壁卷筒縫隙強制水冷的方式。薄壁卷筒縫隙水冷通常是多臺拉絲機配備一個水循環系統集中供水，冷卻水預先進行軟化處理，循環過程進行多道次過濾，及時去除油污和雜物，循環壓力控制在0.4～0.6MPa，大部分配置冷卻水塔或制冷裝置。使用中要定期清除卷筒和模具冷卻系統水垢，疏通上回管水道，適當加大絲材在卷筒上的纏繞圈數。
7 拉拔速度
拉拔速度是指絲材運動速度。在拉絲設備平穩，潤滑狀態良好的條件下，適當提高拉拔速度，斷線幾率降低，拉拔安全系數提高。對水箱式拉絲機，因存在累積滑動問題，高速拉拔斷線的可能性比低速要大。
提高拉拔速度給絲材力學性能帶來什么樣的變化，主要取決于絲材自身特性，如化學成分和組織結構。
8 壓縮率
半成品絲材的拉拔總壓縮率要根據組織結構、變形能力、用途確定，成品絲材的拉拔總壓縮率主要根據產品標準中的各項技術指標確定，無相應標準時根據用途確定?？倝嚎s率的選擇原則：既使鋼絲強度達到要求，又得到較高的韌性前提下，使中間熱處理次數最少，工藝循環周期最短。
道次壓縮率的分配需考慮絲材的變形抗力、冷加工強化系數、拉拔潤滑和冷卻方式、力學性能和工藝性能要求等。道次壓縮率的分配原則：從有利于鋼絲拉拔中潤滑及成品鋼絲表面質量出發，目前普遍采用第一道及最后一道的拉拔選取較小部分壓縮率，第二道取最大部分壓縮率，隨后平穩或逐道減小的分配原則。
9 對焊接頭
為了實現連續和高速生產，鋼絲拉拔過程中，必須通過焊接將線材的端部連接起來，或由于斷絲及工藝要求，需要對鋼絲進行對焊接頭。
電阻對焊原理：是將被焊工件壓緊于兩電極之間，并施以電流，利用電流流經工件接觸面及鄰近區域產生的電阻熱效應將其加熱到熔化或塑性狀態，使之形成金屬結合的一種方法。
高碳鋼鋼絲對焊操作步驟：鋼絲夾持→鋼絲加熱→沖壓→空氣冷卻→回火→焊縫磨光→彎曲法焊接質量檢查。
10 拉絲工
拉絲工是使用鋼絲生產設備進行拉絲生產的操作人員。拉絲工要團結合作，認真負責，嚴格遵守工藝文件，規范操作，要做到“三勤”：眼勤（勤量線、避免鋼絲在拉拔中直徑出現偏差）、手勤（勤攪拌潤滑料，以確保鋼絲在拉拔中得到充分潤滑）、腿勤（勤走、勤看、勤觀察設備運行情況，避免發生故障），重視安全、環保，堅持文明生產，保持生產現場環境整潔，保證產品質量。
鋼絲生產企業要高度重視拉絲工的職業道德和操作技能的培養，充分發揮拉絲工的主觀能動性，那么鋼絲質量就會得到可靠保證。
11 結語
影響鋼絲生產質量的主要因素有10個：線材、表面處理、熱處理、拉絲模與模盒、摩擦與潤滑、冷卻、拉拔速度、壓縮率、對焊接頭、拉絲工。當然不同生產企業的鋼絲生產設備有差別，拉絲工操作水平有高低，生產工藝更是千差萬別，技術管理人員要依據企業實際，靈活調整，嚴格管控，鋼絲產品質量一定會提高到一個新的水平。
參考文獻
[1] 張學輝，王鴻利.鋼絲生產概述[J].科技資訊，2018，16（12）：117-119.
[2] GB/T 4354-2008，優質碳素鋼熱軋盤條[S].
[3] 董琦，張學輝.鋼絲生產工藝及設備[M].北京：冶金工業出版社，2016.
[4] GB/T 6110-2008，硬質臺金拉制模具型式和尺寸[S].
?、僮髡吆喗椋簭垖W輝（1972—），男，漢族，河北遷安人，碩士研究生，講師，工商管理經濟師，從事金屬制品加工技術的教學和科研工作。
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