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                彈簧鋼絲加工技術

                發布時間:2011-3-5

                彈簧鋼絲加工技術
                金屬冷加工是鋼鐵工業生產的一個重要組成部分。金屬冷加工的種類較多,例如:鋼絲、鋼絲繩、鋼絞線及其它金屬制品等等。特殊鋼鋼絲生產在我國已有近70年的歷史。它是金屬冷加工行業較典型的產業。

                隨著工業的不斷發展,特殊鋼鋼絲(以下簡稱:鋼絲)品種不斷增加,質量品位不斷提高。老的作坊式生產摸式,逐步被半自動化、自動化生產所代替。但是,無論設備如何變革,就彈簧鋼絲生產而言,鋼絲的生產方式實際就是兩條線:連續線和周期線。

                1 鋼絲生產依據

                鋼絲生產主要是依據產品標準要求,確定生產方式。產品標準是供方與顧客之間的紐帶。根據產品標準,采用合理工藝,實行科學管理,是確保產品合格的基本保證。

                在鋼絲生產中,同一個鋼號(化學成分相同),采用不同標準,生產方式就不同。就T9A彈簧為例:當執行GB/T4357-89彈素彈簧鋼絲標準時,必須采用連續線生產,產出的成品鋼絲可用于制造各種彈簧、編制鋼絲繩等。當執行GB/T5952- 86 彈素工具鋼絲標準時,就必須采用周期線生產,產出的成品鋼絲,可用于制造工具。如:刀具、鉆頭、制針等。因為,連續線和周期線產出的鋼絲顯微組織不同、力學性能不同、工藝性能不同,所以,用途不同。

                值得闡明的是:不論是連續線生產還是周期線生產,熱處理、表面處理、加工變形,三大要素缺一不可。

                2 鋼絲生產要素

                2.1 鋼絲熱處理

                熱處理是鋼絲生產的主要要素之一。曾有業外人士認為:"拔絲屬冷加工,操作簡單,不必熱處理,只要有相應模具擠壓拉拔就行了"。這是對鋼絲生產的一個誤解。所謂冷加工,是指加工變形生產過程在常溫下進行。而鋼絲在加工變形前,必須以熱處理手段改善鋼材內在質量,達到標準要求的顯微組織、同時得到良好的物理縮性和延展性,以便順利加工變形。這就是熱處理的重要所在。

                鋼絲生產的熱處理有四個步驟:它們是原料熱處理、中間熱處理、成前熱處理、成品熱處理(不包括冷拉狀態交貨的產品)。

                熱處理主要種類有8種:

                (1)完全退火:將鋼絲加熱到完全奧氏體化,緩慢冷卻,獲得接近平衡狀態組織;不銹鋼彈簧
                (2)不完全退火:將鋼絲加熱到Ac1~Ac3之間溫度,達到不完全奧氏體化,隨之緩慢冷卻;
                (3)球化退火:將鋼絲(盤條)加熱到Ac1溫度之上,使鋼的碳化物達到球化狀態;
                (4)再結晶退火:經冷加工變形的鋼絲加熱到再結晶溫度以上,保溫適當時間,使變形晶粒重新結晶為均勻的等軸晶粒,消除冷加工硬化;
                (5)光亮退火:鋼絲在保護氣氛或真空中退火,以防止氧化,保持鋼絲表面光亮;
                (6)正火:將鋼絲加熱到Ac3以上30~50℃,保溫適當時間,再進行冷卻;
                (7)索氏體化處理(派登脫處理):將中碳或高碳鋼絲奧氏體化后,迅速移在Ar1以下適當溫度(約500℃左右)的熱溶中等溫或空氣中冷卻,以獲得索氏體組織;
                (8)時效處理:鋼絲經過固溶處理或冷縮性變形后,在室溫或一定溫度保溫,以達到沉淀硬化目的(1)。

                根據鋼絲生產的具體情況,如:鋼絲狀態-- 原料、半成品、成品前、成品;產品標準要求;確定熱處理種類,非常重要。當然,加熱方式直接影響熱處理質量。目前為止,我國冷加工的熱處理加熱方式較多,各有所長。

                2.1.1 加熱方式

                加熱方式有五種:

                (1)燃煤加熱;
                (2)燃煤--土法煤氣發生加熱;
                (3)天然氣加熱;
                (4)管道煤氣加熱;
                (5)電加熱。

                第一種加熱方式成本較低,但,爐溫不易穩定,鋼絲表面易產生脫碳;第二種加熱方式較第一種方式略占優勢;第三種和第四種加熱方式較優越,爐溫較穩定;第五種加熱方式是最理想的,雖然成本較高,但,無污染、爐溫穩定、加熱均勻、產品內在質量將大大提高,是生產高品位鋼絲的最明智選擇。

                2.1.2 熱處理主要目的

                對盤條(原料)或鋼絲加熱主要目的有四種:

                一是索氏體化(細化晶粒),提高抗拉強度,增加韌性和延展性;
                二是球化退火,得到合理的顯微組織,增加縮性和延展性,;
                三是再結晶退火,使變形晶粒重新結晶為均勻的等軸晶粒,消除冷加工硬化,有利于再次冷加工;
                四是軟化退火,無顯微組織變化,僅僅是消除加工應力,滿足力學要求(多用于成品鋼絲)。

                2.2 表面處理作用

                表面處理是鋼絲生產的第二大要素。表面處理有四個程序:一是去除熱處理產生的氧化皮(氧化膜);二是中和,目的是防止殘留酸性物質對鋼的基體產生腐蝕;三是涂層,為增加載體保證潤滑,有利于冷加工變形,確保鋼絲表面質量;四是去除表面有害雜質(包括去涂層),確保鋼絲無腐蝕,表面光滑潔凈。

                2.3 冷加工變形

                冷加工變形(以下簡稱拉拔)是鋼絲生產的第三大要素,也是最直觀的一個要素。該要素是鋼絲生產的主要過程。

                拉拔生產要點有三:

                一是拉拔總減面率的確定。拉拔減面率的大小,直接影響產品質量。根據鋼絲品種不同、狀態不同、一般拉拔道次減面率,應控制在9%~34%之間。合金鋼類,拉拔總減面率一般不大于58%,碳素鋼類一般不大于90%。

                二是模具的選擇。模具是鋼絲拉拔生產唯一的縮性變形硬件。模具的質量如:尺寸精度、角度、光潔度等,直接影響鋼絲拉拔的質量。模具的合理選擇,關系到是否滿足鋼絲拉拔的要求。

                三是潤滑劑的選擇。潤滑劑是拉拔鋼絲不可缺少的輔助材料,根據鋼絲種類不同、狀態不同、合理的選擇潤滑劑,是保證鋼絲拉拔質量,生產順利進行的必備條件。

                3 連續線生產

                連續線生產一般適合批量較大的、品種較單一的鋼絲。所謂連續線,必備條件是,采用連續式高溫加熱爐(鉛浴爐);有三連以上的連續拔絲機;有相應表面處理的必要手段。碳素鋼絲、奧氏體不銹鋼絲生產,均適合在連續線進行。

                3.1 碳素彈簧鋼絲的生產

                3.1.1 碳素彈簧鋼絲常用鋼號及現形標準

                碳素彈簧鋼絲常采用高碳鋼,其鋼號和現行標準詳見下表所示。

                3.1.2 主要生產流程

                由于碳素彈簧鋼絲的特性所決定,不但力學性能--抗拉強度較高外,還要求高的韌性。所以,該鋼絲拉拔前的熱處理,必須采用鉛淬火(索氏體化)。而且,從盤條加工至鋼絲成品,必須有足夠的拉拔減面率,以確保鋼絲滿足高的抗拉強度和高的韌性。生產流程見圖1所示。

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                從圖1的流程圖中可看出,碳素彈簧鋼絲的主要生產過程:從鉛淬火到拉拔,是反復進行的。這是鋼絲生產的需要,也是為滿足標準要求。在具體生產過程中,根據標準不同、交貨組別不同、成品鋼絲尺寸不同,需采用合理的生產工藝,從而產出顧客需求的產品。

                3.1.3 碳素彈簧鋼絲產品用途

                采用連續線生產的碳素彈簧鋼絲主要用于:直接制造各種型號的壓縮彈簧、拉力彈簧(回火定型),得到預期的力學性能。并且,可編制鋼絲繩等。

                3.2 奧氏體不銹鋼絲生產

                3.2.1 奧氏體不銹鋼絲常用鋼號及現行標準

                奧氏體不銹鋼絲一般采用1Cr18Ni9、0Cr19Ni10、H0Cr19Ni9、1Cr18Ni9Ti、GH2132、GH3030、GH2036、D659、D660、ML1Cr19Ni9Ti 等鋼號生產。不銹鋼絲常用于:高尖端彈簧、高精度軸承、重要工具、耐腐蝕纜繩、耐腐蝕錄井線、重要用途冷頂件、焊接、制釘、編網等。由于用途廣泛,所以,標準較多。常用現行標準見表1。

                3.2.2 奧氏體不銹鋼絲生產特點

                奧氏體不銹鋼絲生產特點是需要高溫熱處理、急冷,嚴格表面處理、對涂層要求苛刻,對潤滑介質要求高。因為,奧氏體不銹鋼耐高溫、冷加工硬化快、拉拔后,必須通過高溫固溶,快速冷卻才能消除應力、避免偏析。同時,獲得較低的抗拉強度和較高的延展性,以便鋼絲拉拔,確保鋼絲表面質量。對固溶后的不銹鋼盤條或半成品,應進行浸堿、酸洗,將氧化膜徹底清除,中和后進行涂層處理。涂層應均勻、牢固,以便增加潤滑載體,保護鋼的基體不受創傷。拉拔后,應及時去除涂層,保證鋼絲表面無腐蝕、光滑潔凈。

                3.2.3 奧氏體不銹鋼絲產品用途

                奧氏體不銹鋼絲價格較昂貴,一般用于制造關鍵部件。如:航空用鉚釘、航天航空用彈簧、抗腐蝕繩纜、耐腐蝕錄井線、不銹滾珠、不銹篩網、高檔裝潢、高檔炊具等等。隨著工業不斷發展,人民生活水平的提高,奧氏體不銹鋼絲用途將會更加廣泛。

                4 周期線鋼絲生產

                周期線生產的特點是:生產品種可多樣化。原則上講,除了彈素彈簧鋼絲不能生產外,甚至,若有周期式高溫爐(950℃~1200℃),有水冷卻條件,高溫合金和奧氏體不銹鋼絲亦可生產。周期線鋼絲生產工藝流程如圖2所示。
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                4.1 鋼絲生產鋼種及常用現行標準

                按用途劃分,常規生產鋼種有:軸承鋼、工具鋼(包括合金工具鋼)、合金彈簧鋼、合金結構鋼(包括冷頂和焊接鋼)、碳素結構鋼(包括冷頂和焊接)、鐵素體不銹鋼(包括冷頂和焊接)、馬氏體不銹鋼(包括冷頂和焊接)等。常用現行標準見下表。



                類?標準編號?標準名稱?代表鋼號?交貨主要狀態
                碳素彈簧鋼絲?GB/T4357—89?碳素彈簧鋼絲?70#、T9A、65Mn?冷拉
                ?GB/T4358—1995?重要用途碳素彈簧鋼絲?同上?冷拉
                ?GJB1497—92?特殊用途彈素彈簧鋼絲規范?T9A、T10A?冷拉
                ?Q/DG、J31—2001?65Mn彈素彈簧鋼絲?65Mn?冷拉
                不銹鋼絲(含鉻不銹、易切)?YB(T)11—83?彈簧用不銹鋼絲?1Cr18Ni9?冷拉
                ?DGB09—89?高強度不銹彈簧鋼絲?1CR18Ni9Ti?冷拉
                ?GJB714—89?引信用不銹彈簧鋼絲?1Cr18Ni9?冷拉
                ?GJB2294—95?航空用不銹鋼及耐熱鋼棒規范?0Cr18Ni91Cr17等?熱處理(固溶)
                ?GJB3167—98?冷鐓用高溫合金鋼絲?GH2132?輕拉、冷拉
                ?GJB3320—98?不銹彈簧鋼絲?1Cr18Ni9?軟態、輕拉
                ?GJB3526—99?航空用冷頂鍛不銹鋼絲?ML1Cr18Ni9Ti?軟態、輕拉
                ?GJB785—99?航空用不銹焊絲?H0Cr19Ni9?冷拉
                ?GB/T4232—93?冷頂鍛用不銹鋼絲?ML1Cr18Ni9Ti?軟態、輕拉
                ?GB/T4240—93?不銹鋼絲?1Cr18Ni9
                1Cr13—4Cr13?軟態、輕拉、冷拉
                ??? ?? ??
                ?YB/T5092—1996?焊接用不銹鋼絲?H1Cr18Ni9?軟態、輕拉
                ?Q/DG、J36—2001?不銹錄井鋼絲?D659?冷拉
                ?Q/DG、J37—2001?2Cr13Ni2易切不銹鋼絲?2Cr13Ni2?輕拉
                滾珠軸承鋼絲?YB245—64?滾珠及滾珠軸承用鉻鋼絲?GCr15?退火
                ?YB688—76?高溫不銹軸承鋼絲?Cr4M4V?退火
                ?GB/T18579—2001?高碳鉻軸承鋼絲?GCr15?退火、輕拉
                ?Q/DG、J21—2000?高碳鉻軸承鋼絲?GCr15?退火、輕拉
                工具鋼類鋼絲?GB/T3080—2001?高速工具鋼絲?W6Mo5Cr4V2?退火、直條
                ?YB/T095—1997?合金工具鋼絲?9SiCr、CrWMn?退火、直條
                ?GB/T5952—86?碳素工具鋼絲?T7A—T9A?退火
                ?GJB1665—93?槍彈芯用T12A冷拉鋼絲規范?T12A?退火
                ?GJB1494—92?特殊用途易切削銀亮鋼絲規范?Y75?退火、磨光
                合金彈簧?GB5136—93?閥門用鉻釩彈簧鋼絲?50CrVA?退火、磨光
                ?GB/T5218—1999?合金彈簧鋼絲?60Si2Mn?退火、冷拉
                結構鋼絲?GB/T3206—82?優質彈素結構鋼絲?08#—60#?冷拉、輕拉
                ?GB/T3079—93?合金結構鋼絲?15CrA、40CrA
                12CrNi4A等?冷拉、輕拉
                ?YB/T5032—93?重要用途低碳鋼絲?Zg?輕拉
                ?GB5953—1999?冷鐓鋼絲?ML15-ML45
                ML30CrMnSi?輕拉
                ?GB/T14957—94?熔化焊用鋼絲?H08Mn2Si?冷拉(白光)
                ?GB/T14958—94?氣體保護焊用鋼絲?H08MnSi?冷拉(鍍銅)
                ?GJB1951—94?航空用優質結構鋼棒規范?15CrA、30CrMoA?合同中注明
                ?GJB3021—97?航空用結構焊絲規范?H18CrMoA?鍍銅、白光
                ?GJB3319—98?航空用冷頂鍛結構鋼絲規范?ML15-ML45ML30CrMnSi?冷拉、退火、磨光
                ?GJB3327—98?輕武器用結構鋼鋼絲規范?38CrA、40B、30CrMnSi、?磨光
                ? ?GB3207—88?銀亮鋼?所有鋼號?相應標準
                精密合金絲?GB198—88?鐵鎳軟磁合金技術條件?1J79、1J50?冷拉
                ?YB/T5135—93?發條用高彈性合金3J9?3J9?軟態、冷拉
                ?YB/T5231—93?鐵鎳鈷玻封合金技術條件?4J29、4J44?冷拉、注明
                ?YB/T5232—93?低鈷定膨脹瓷封合金?1J50、4J46?冷拉
                ?YB/T5233—93?無磁定膨脹瓷封合金4J78、4J80?4J80、4J82?冷拉
                ?YB/T5234—1995?瓷封合金技術條件?Cr20NI80 Cr30Ni70?冷拉
                ?YB/T5235—93?鐵鎳鉻、鐵鎳電熱合金?4J42、4J50?軟態、冷拉
                ?YB/T5237—93?鐵鎳鉻玻封合金4J41技術條件?4J41?冷拉、合同注明
                ?YB/T5240—93?鐵鉻玻封合金4J28技術條件?4J28?軟態、冷拉
                ?YB/T5241—93?低膨脹合金4J32、4J36、4J38和4J40技術條件?4J32、4J36、4J38、4J40?軟態、冷拉
                ?YB/T5252—93?軸尖用合金3J22絲材技術條件?3J22?冷拉
                ?YB/T5253—93?彈性元件用合金技術條件?3J21?冷拉
                ?YB/T5254—93?頻率元件用恒彈性合金技術條件?3J53、3J58?冷拉
                ?YB/T5259—93?鎳鉻電阻合金絲?6J20、6J10, ?軟態、冷拉
                ?GB/T14989—94?鐵鈷釩永磁合金?3J31、3J33?冷拉

                表1中歸納了各鋼種的鋼絲常用產品標準,列舉了代表鋼號和交貨狀態。從表1可看出,相同鋼號(化學成分相同)有多項標準,所以鋼絲生產必須隨時調整工藝,以便滿足鋼絲標準要求。


                4.2 熱處理工藝制度

                4.2.1 溫度的確定

                目前為止,周期線的鋼絲生產中,已有200多個鋼號,列為常規產品。在鋼絲生產過程中,不可能制定200個工藝制度。這就需要了解每一個鋼號的特性、相變點,根據相變點進行歸類,確定熱處理溫度。根據特性確定冷卻方式。

                4.2.2 周期的確定

                熱處理周期是熱處理工藝的重點。它關系到透燒程度如:鋼的纖維組織均勻性、力學性能散差值、工藝性能等,諸多影響。周期的確定應視鋼絲直徑尺寸大小、裝爐量的多少、鋼絲狀態等,根據具體情況,調整熱處理周期,確保熱處理質量。

                4.3 表面處理程序確定

                表面處理作用見2.2所述。但鋼種不同,酸洗的程序是不同的。要根據鋼的特性、鋼絲狀態、選擇合理的表面處理程序,確保表面質量。值得注意的是:對于高碳鋼絲酸洗后,應進行充分干燥,否則將影響拉拔質量,造成不應有的損失。

                4.4 鋼絲拉拔

                鋼絲拉拔應根據2.3所述。針對鋼種不同、要求不同、確定拉拔總減面率和道次減面率。應注意的是:對于馬氏體鋼等易裂鋼,拉拔后應及時熱處理,以防止產生內裂或風裂。

                5 鋼絲精整

                鋼絲精整是為防止鋼絲產品運輸過程造成缺陷。如:檫傷、銹蝕、紊亂等。一般鋼絲生產至成品(合格品)時,都應進行涂油、捆扎、包裝處理。

                涂油是防止鋼絲在一定的時間內,不產生銹蝕。所以,防銹油的選擇是很關鍵的。筆者建議選用超薄置換形防銹油,因為,它對鋼絲性能無影響、對環境無污染、成本適中、好祛除。

                包裝,直接影響企業形象,應引起注意。包裝應強調整潔、牢固、標識清晰、做到包裝商品化。

                6 結論

                鋼絲生產目前在我國從北到南,已全方位普及。但是,真正能生產出高精尖的鋼絲成品為數不多。筆者認為:在金屬冷加工過程中,只要深入了解市場,掌握國內外標準,貫徹合理工藝、嚴格質量控制,推行ISO9001質量體系管理,將會使我國的金屬冷加工產品提高一個檔次,產出高品位的鋼絲產品。希望在盡短時間內,生產出高精尖產品,頂替進口,走出國門。

                 

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