高强度制绳钢丝生产工艺研究

高强度制绳钢丝生产工艺研究

直径3.0 mm以下，抗拉强度1 670-1 870 MPa的制绳钢丝生产工艺比较成熟，不论表面状态是镀锌还是光面，都能满足生产需求。重要用途钢丝绳对制绳钢丝的要求提高，尤其是强度级别在2060 MPa以上的制绳钢丝，常规的原料、拉拔生产工艺已经不能满足要求。通过进线设计，提高压缩率或者改进热处理工艺，在抗拉强度上能够达到要求，但是韧性指标明显下降，尤其是存在剪切试验不合格，钢丝动态弯曲疲劳性能降低等问题。笔者以2.50 mm、表面状态为光面、抗拉强度2060MPa制绳钢丝为例，通过生产工艺研究，寻找出适合高强

度制绳钢丝的生产工艺。

1、原料选择

近年来，高强度钢丝开发应用日益增多，原料逐步采用87Mn , 90Si等高碳微合金材料替代传统的82B等材料，采用87Mn替代82B可开发更高强度的钢丝，在其他性能指标变化不大的情况下，强度由2000 MPa提升至2300 MPa左右。为保证制绳钢丝具有高强度、高韧性要求，选用C , Mn含量较高的87 Mn，严格控制盘条化学成分，87Mn盘条化学成分控制要求见表1。盘条表面质量也严格控制，要求表面光滑、无锈蚀，不得有裂纹、折、结疤、耳子等缺陷;不允许有局部的压痕、凸凹坑、麻面、擦伤等;无轧辊或碳化物碎片残块。

表1 87 Mn盘条化学成分

依据GB /T 10561-2005，严格限制夹杂物等级与宽度，提高性能稳定性，严格控制氧化皮量，控制在4-7 g/kg，以便采用机械剥皮法，提高表面质量。盘条的夹杂物控制见表2。

表2 87Mn盘条夹杂物控制

2、组织控制

钢丝在拉拔前需进行索氏体化处理。铅浴处理有较好的热扩散能力，组织稳定，选择采用铅浴等温热处理工艺，根据TTT(等温转变)曲线，奥氏体化Ac3线为755℃，索氏体化温度为525-650℃，制定合理的热处理工艺，并在线磷化，以提高拉拔时豁附拉丝粉能力。依据87Mn的TTT曲线以及高碳钢生产经验，燃气炉温控制在940-1000℃，铅温控制在560-580℃。实际D:值控制在45-55 mm/min。处理后的盘条要求表面无明显脱碳层，内部组织无明显网状先共析相以及马氏体等缺陷。热处理后的金相组织及片层间距如图1所示。索氏体化率大于95 %，晶粒度大于10级，索氏体片层I旬距为60-150nm。

3、拉拔工艺

合理的拉拔工艺可提高钢丝变形均匀性，减少变形过程中的应变时效，在钢丝应变强化的同时，减少韧性指标的下降。拉拔工艺对道次压缩率、模具角度、模链参数、道次温升进行控制，采用专业的模链设计软件进行计算分析。

3. 1拉拔模链

制绳钢丝在直进式拉丝机上进行14道次拉拔，进线为8 mm热处理半成品钢丝，拉拔至2. 50mm，总压缩率为90.2%，各道次压缩率采用逐级递减的方式，具体模链和道次压缩率分配见表3。

3.2关键控制点

制绳钢丝拉拔不仅需要合理的拉拔模链和道次压缩率，还需要控制模具孔型参数。国内外一般采用Delta值反映其孔型参数特点，即变形区长度与中点处截面圆直径的比值。

式中，D。为上一道次钢丝直径mm; D为下一道次钢丝直径mm; a为拉丝模工作锥半角。从式。

中可以看出，Delta值随着拉丝模工作锥半角增大而增大，随着道次压缩率的增大而减小。

表3钢丝拉拔模链和道次压缩率

通过拉丝模工作锥角度以及Delta大小的对比试验发现，如果采用的拉丝模变形区角度较小，在600-800Delt值低于1.5，这样拉拔时钢丝容易断丝，拉拔不正常，而且钢丝的综合性能较差;如果拉丝模的变形区角度控制在80-1000 , Delta值控制在1.5一2. 5，钢丝拉拔正常，而且钢丝的综合性能较好，因此，拉丝模变形区角度控制在80-1000Delt。值控制在1.5-2. 5，控制拉拔速度，使得各道次模具出口处温度不得高于180℃。

3. 3制绳钢丝性能检测

按照上面试验参数，对最终生产的2.50 mm制绳钢丝性能进行检测评价，样品数量为20个，主要从抗拉强度、断面收缩率、扭转、反复弯曲几个指标进行检测，检测结果见表4。

表4 Φ2. 50 mm制绳钢丝力学性能

3.4试验结果分析

高强度钢丝拉拔过程中，钢丝不仅是减面变形过程，也是钢丝与模具摩擦产生热量形成应变时效的过程，导致钢丝塑性性能下降闭。钢丝表层和心部变形严重不一致时，不仅会出现较大的组织应力，而且会因为表层与心部变形不均形成较大的温度梯度，导致组织内部材质出现较大的热应力，严重时形成内部缺陷，影响钢丝拉拔或成品钢丝综合力学性能，尤其对于高碳高强度或高压缩率钢丝拉拔时，钢丝内外层变形不均，性能大幅下降，产生频繁断丝。一般都采取增加拉拔道次，减小部分压缩率，降低拉拔速度，改善冷却、润滑条件等措施。尽量减小拉拔钢丝摩擦因数，降低摩擦对钢丝拉拔的影响，使钢丝表层和心部变形更加

均匀，尽可能降低因温度导致的热应力，提高钢丝综合性能。

4、结语

高强度制绳钢丝的生产工艺，从原料选择，热处理工艺控制，拉拔模具孔型参数的精确选择、拉拔速度的控制、出口模具温度的控制等方面采取措施，解决了高强度制绳钢丝拉拔过程断丝的问题，最终产品性能稳定。以直径2.50 mm、抗拉强度2060 MPa的光面钢丝为例，选择87Mn原材料，控制热处理后组织，要求索氏体化率大于90 %，晶粒度大于10级，索氏体片层间距为60-150 nm，拉拔时模具参数Delt。值控制在1.5-2. 5，控制道次压缩率以及拉拔速度，使得各道次模具出口处温度不得高于180℃，以控制应变时效。总压缩率为90. 2%时制绳钢丝的抗拉强度2135-2160 MPa，断面收缩率49. 0%-51.5%，扭转27- 32次，反复弯曲17-20次，成品各项性能指标散差小，性能均匀稳定。