不锈钢生产流程详解
不锈钢丝生产流程
不锈钢是20世纪重要发明之一，经过近百年的研制和开发已形成一个有300多个牌号的系列化的钢种。在特殊钢体系中不锈钢性能独特，应用范围广，起其它特殊钢无法代替的作用。而不锈钢几乎可以涵盖其它任何一种特殊钢。
不锈钢合金含量高，价格比较高，但使用寿命远远高于其他钢种，维护费用少，是使用成本最低的钢种。不锈钢回收利用率高，对环境污染少，是改善环境，美化生活的绿色环保材料。
不锈钢的生产和使用在一定程度上反映出一个国家或地区经济发展水平和人民生活水平。不锈钢的发展几乎不受某个特定行业发展的影响，而与国家和地区GDP（国民生产总值）的增长密切相关。我国是一个发展中国家，近年来GDP值以每年7%~8%的速度稳步上升，国内不锈钢表观消费量一直以每年15%左右速度递增，2001年中国不锈钢表观消费量已达225万吨。预计未来几年这种增长势头将有增无减，不锈钢市场前景一片光明。
不锈钢丝是不锈钢产品系列中一个重要品种，主要用作制造业的原材料。我国经济目前以制造业为支柱，所以我国不锈钢丝消费量在不锈钢总消费量中所占比重要高于发达国家。世界钢丝在不锈钢总量中所占比例大约为4.5%，我国2001年钢丝所占比例已达4.9%，预计未来几年将上升到5.0%~5.5%的水平。根据2001年调查资料全国不锈钢丝表观消费量为11万吨，品种结构为铆螺占40.1%，气阀占22.7%，筛网和焊丝分别占9.1%，精密轴占4.5%，医疗器械占2.7%，滚动体占1.8%，弹簧和制绳分别占0.9%，其它占8.2%。如果按钢的组织结构来划分，我国奥氏体不锈钢丝：铁素体不锈钢丝：马氏体不锈钢丝消费比例为65：10：25，而日本三者比例为70：18：12，由此看出消费水平尚有一定差距。
相对于其他品种，不锈钢丝属于投资少，见效快的产业。近年来国内不锈钢丝生产企业如雨后春笋般的发展起来，尽管如此生产增长仍赶不上消费的增长，每年不锈钢丝的进口量一直维持在2万吨左右。发展不锈钢丝生产，提高不锈钢丝产品质量水平是制品行业面临的一项重要而迫切的任务。
1. 不锈钢的特性、用途及品种
不锈钢是指一些在空气、水、酸性溶液及其它腐蚀介质中具有较高化学稳定性，在高温下具有抗氧化性的钢。不锈钢的耐腐蚀性能和抗氧化性与其化学成分密切相关。
1.1、化学成分对不锈钢的组织和性能的影响
1.1.1 铬是决定不锈钢耐腐蚀性能的主要元素
为什么铬能决定不锈钢的耐腐蚀性能？是不是含铬的钢都是不锈钢？回答这个问题必须从金属腐蚀说起。
金属腐蚀可分为化学腐蚀和电化学腐蚀两种。在高温下金属直接与空气中的氧反应，生成氧化物，是一种化学腐蚀。在常温下这种腐蚀进行得很缓慢，金属的腐蚀主要是电化学腐蚀。
电化学腐蚀的本质是金属在介质中离子化。以铁为例，电化学腐蚀过程可表示为：
Fe-e=Fe++
一种金属耐电化学腐蚀的能力，决定于本身的电极电位。电极电位越负，越易失去电子，发生离子化。电极电位越正，越不易失去电子，不易离子化。常见金属的标准电极电位如表1-1。
表1-1 常见金属的标准电极电位
1/8、2/8、3/8……原子比时，铁-铬合金钢的电极电位呈跳跃式的提高，这种变化规律叫n/8定律，如图1-1所示。
当铁-铬固溶体中铬的原子含量达到12.5%（1/8）第一个突变值时，基体在FeSO4溶液中的电极电位由-0.56V跳增至+0.2V，通常把12.5%的原子含量作为不锈钢的最低含铬量，换算成重量百分比则为： 12.5%×（铬原子量/铁原子量）=12.5%×52/55.8=11.65% 含铬低于11.65%的钢，一般不叫不锈钢。
铬提高钢的耐蚀性能的第二个原因是铁-铬合金钢在氧化性介质中极易形成一层致密的钝化膜（FeO.Cr2O3），这层钝化膜稳定、完整，与基体金属结合牢固，将基体与介质完全隔开，从而有效地防止钢进一步氧化或腐蚀。但在还原性介质中，这层膜有破裂的倾向。
一般说来，不锈钢的耐蚀性能和抗氧化性能是随铬含量的增加而增加的。从表1-2可以看出，铁-铬合金钢在海洋大气中的腐蚀随铬含量的增加而减少。图1-2显示铁-铬合金钢在1000℃时，氧化失重与铬含量的关系。
碳是不锈钢中仅次于铬的第二号常用元素，不锈钢的组织和性能在很大程度上取决于碳含量及其分布状态。
碳是稳定奥氏体元素，它对奥氏体的稳定作用很强烈，约为镍的30倍。图1-3显示碳对不锈钢奥氏体区的影响。在高温下处于α或α+γ相区的铬钢是不能或很难通过淬火得到马氏体组织的。以含铬13%的钢为例，碳含量小于0.08%时为铁素体钢，碳含量0.08%～0.15%时为半马氏钢，碳含量大于0.15%时为马氏体钢。
碳能显著提高不锈钢的强度，从2Cr13、3Cr13、4Cr13到9Cr18，钢的强度随碳含量增加逐级提高。在奥氏体钢中碳也是最有效的固溶强化元素。表1-3显示奥氏体钢抗拉强度和屈服强度随碳含量增加而上升。
由于碳和铬的亲和力很大，它能与铬形成一系列复杂的碳化物，碳化物的类型因钢中铬含量的不同而异。含铬小于10%的钢，主要为渗碳体型碳化物（Fe.Cr）
3
C，高铬钢中的碳化物为复杂
碳化物Cr
7C
3
和Cr
23
C
6
。碳化物中的铬可以被臵换，以（Fe.Cr）
7
C
3
和（Fe.Cr）
23
C
6
的的形式存
在。不锈钢中的碳化物主要以（Fe.Cr）
23C
6
形式存在。
碳与铬形成碳化物时要占用不锈钢中的一部分铬，以Cr
23C
6
为例计算：
Cr
23C
6
:（铬原子量×23）/（碳原子量×6）=（52×23）/（12×6）≈17
不锈钢中的碳要与17倍的铬结合，生成碳化物，固溶体中的铬含量必然要减少，钢的耐腐蚀性能就要降低。如果形成碳化物后固溶体中的铬含量低于11.65%，就不能称其为不锈钢，模具钢Cr12和Cr12MoV就是一例。0Cr13～4Cr13五个牌号标准中规定含铬量为12.0～14.0%，就是考虑到碳要与铬形成碳化物确定的。
因为碳对耐腐蚀性能有不利的影响，奥氏体和铁素体钢很少采用碳来强化，其含碳量多在0.15%以下。马氏体钢的含碳量大多在0.10%～0.40%范围内。
1.1.3 镍是稳定奥氏体元素
镍是不锈钢中第三号常用元素，它在钢中起扩大奥氏体区、稳定奥氏体组织的作用。铬不锈钢中加入一定量的镍后，组织和性能都发生明显变化。如1Cr17为铁素体钢，热处理后抗
拉强度在500N/mm2左右，加入2.0%的镍，变为1Cr17Ni2马氏体钢，淬火后抗拉强度达1100N/mm2以上。图1-4显示了含碳0.10%的钢，在不同铬含量下得到稳定奥氏体组织所需的镍含量。当铬为18%时，只需要8%的镍，常温下就能得到奥氏体组织，这就是18-8型不锈钢的来由。
镍能显著地提高铬钢的耐腐蚀性能和高温抗氧化性能，铬-镍奥氏体钢比铬含量相同的铁素体和马氏体钢有更好的耐腐蚀性能。铬含量在20%以下时，钢的抗氧化性能随镍量的增加不断改善。对于高铬钢，最佳镍含量在10%～20%之间，Cr20Ni10和Cr25Ni20就是两个典型的耐热钢。
镍能有效地降低铁素体钢的脆性，改善其焊接性能，但对抗应力腐蚀性能有不利的影响，对于奥氏体钢，镍能降低钢的冷加工硬化趋势，改善冷加工性能，使钢在常温和低温下均具有很高塑性和韧性。
1.1.4锰和氮可以代替镍
锰是奥氏体形成元素，它能抑制奥氏体的分解，使高温形成的奥氏体组织保持到室温。锰稳定奥氏体的作用为镍的二分之一，2%的锰可以代替1%的镍。
铬-锰钢要在常温下得到完全奥氏体组织，与钢中的碳和铬含量密切相关，当碳低于0.2%、铬大于14%～15%时，不论向钢中加入多少锰都不能得到纯奥氏体组织。要得到奥氏体组织必须增加碳含量或降低铬含量，这两种作法都会降低钢的耐蚀性能，所以锰不能代替全部镍。
含锰钢具有冷加工强化效应显著，耐磨性高的优点。缺点是对晶间腐蚀很敏感，并且不能通过加钛和铌来消除晶间腐蚀。
氮也是稳定奥氏体元素，氮与锰结合能取代比较贵的镍。氮稳定奥氏体的作用比镍大，与碳相当。氮代镍的比例约为0.025∶1，一般认为氮可取代2.5%～6.5%的镍。
在奥氏体中氮也是最有效的固溶强化元素之一。氮与铬的亲和力要比碳与铬的亲和力小，奥氏体钢很少见到Cr
2
N的析出。因此氮能在不降低耐蚀性能的基础上，提高不锈钢强度，研制含氮不锈钢是近年来不锈钢工业的趋势。
氮在钢中的溶解度有限（<0.15%），加入铬和锰能提高其溶解度，加入镍和碳能减少其溶解度。在大气冶炼条件下，氮以Cr-N或Mn-N合金形式加入钢中，很难准确控制回收率。一般认为氮含量超过0.2%对冶炼操作极为不利。氩-氧精炼，加压电渣熔炼，平衡压力浇铸等技术的发展和应用，能准确控制钢中氮含量，用氮来控制钢中的组织成为现实。近期研究成果表明，适当调整不锈钢成分，特别是铬与锰的配比，能将钢中的氮含量稳定在0.4%左右，如美国的205（17Cr-1.25Ni-15Mn-0.15C-0.35N）氮含量为0.30%～0.40%。
1.1.5 钛和铌可以防止晶间腐蚀
铬-镍奥氏体不锈钢在450～800℃温度区加热，常发生沿晶界的腐蚀破坏，称为晶间腐蚀。
一般认为，晶间腐蚀是碳从饱和的奥氏体以Cr
23C
6
形态析出。造成晶界处奥氏体贫铬所致。防
止晶界贫铬是防止晶间腐蚀的有效方法。如将各种元素按与碳的亲和力大小排列，顺序为：Ti、Zr、V、Nb、W、Mo、Cr、Mn。钛和铌与碳的亲和力都比铬大，把它们加入钢中后，碳优先与它们结合生成碳化钛（TiC）和碳化铌（NbC），这样就避免了析出碳化铬而造成晶界贫铬，从而有效防止晶间腐蚀。
另外，钛和铌与氮可结合生成氮化钛和氮化铌，钛与氧可结合生成二氧化钛，奥氏体中还能溶解一部分铌（约0.1%）。考虑这些因素，实际生产中为防止晶间腐蚀，钛和铌加入量一般按下式计算：
Ti=（C-0.02）×5～0.8%
Nb≥10×C%
含钛和铌的钢固溶处理后得到单相奥氏体组织，这种组织处于不稳定状态，当温度升高到
450℃以上时，固溶体中的碳逐步以碳化物形态析出，650℃是Cr
23C
6
形成温度，900℃是TiC
形成温度，920℃是NbC形成温度。要防止晶间腐蚀就要减少Cr
23C
6
含量，使碳化物全部以TiC
和NbC形态存在。由于钛和铌的碳化物比铬的碳化物稳定，钢加热到700℃以上时，铬的碳化物就开始向钛和铌的碳化物转化。稳定化处理是将钢加热到850～930℃之间，保温1h，此时铬的碳化物全部分解，形成稳定的TiC和NbC，钢的抗晶间腐蚀性能得到改善。
不锈钢中加入钛和铌，在一定条件下弥散析出Fe
2Ti和Fe
3
Nb
2
金属间化合物，钢的高温强
度有所提高。由于铌的价格昂贵（是钛的70倍），广泛采用的是加钛不锈钢。含钛钢存在一些缺点，如：TiO
2
和TiN以夹杂物存在，含量高且分布不均，降低钢的纯净度；铸锭表面质量差，增加工序修磨量，极易造成大批废品；成品抛光性能不好，很难得到高精度表面等。因此在国
外不锈钢标准中，1Cr18Ni9Ti有被淘汰的趋势。
1.1.6钼和铜可以提高耐蚀性能
不锈钢的钝化作用是在氧化性介质中形成的，通常所说的耐腐蚀，多指氧化介质而言。在非氧化性酸中，如稀硫酸和强有机酸中，一般铬不锈钢、铬镍不锈钢均不耐蚀。特别是在含有氯离子（Cl）的介质中，由于氯离子能破坏不锈钢表面的钝化膜，造成不锈钢局部地区的腐蚀，即点腐蚀。在不锈钢中加入钼和铜是提高不锈钢在非氧化性介质中抗蚀性能的有效途径。
钼能促使不锈钢表面钝化，具有增强不锈钢抗点腐蚀和缝隙腐蚀的能力，铁素体不锈钢中如果不含钼，铬含量再高也很难获得满意的抗点蚀性能，但只有在含铬钢中钼才能发挥作用。一般来说,铬含量越高,钼提高钢耐点蚀性能效果越明显。研究表明，钼提高耐点蚀性能的能力相当于铬的3倍。1Cr17钢中加入1%的钼（1Cr17Mo）可使其在有机酸和盐酸中的耐腐蚀性能明显提高。18-8铬镍钢中加入1.5～4.0%的钼，可以提高其在稀硫酸、有机酸（醋酸、蚁酸、草酸）、硫化氢、海水中的耐蚀性能。
钼是形成铁素体的元素，因此，18-8铬镍钢加钼后，为保持纯奥氏体组织，镍含量也要相应提高。加钼后，18-8钢的镍含量一般提高至12%以上，如0Cr17Ni12Mo2和00Cr17Ni14Mo2。钼能改善奥氏体不锈钢的高温力学性能，如表1-4。在马氏体不锈钢中加入0.5%～4.0%的钼可以增加钢的回火稳定性。钼在不锈钢中还能形成沉淀析出相，提高钢的强度，如沉淀硬化型不锈钢0Cr17Ni5Mo3。
成高质量的部件。铜还能提高不锈钢的冷加工性能，如0Cr18Ni9Cu3多作冷顶锻钢使用。
1.1.7其它元素的影响
上述9个元素一般作为合金元素加入钢中，硅、硫、磷一般作为残余元素存在于钢中。为了某些特定目的，不锈钢有时也加入硅、硫、磷、铝和稀土等元素。
硅是形成铁素体元素，在提高不锈钢的抗氧化和热强性能方面有良好的作用。含硅的不锈钢钢水流动性好，能铸成高质量的耐热不锈钢铸件。硅对18-8型奥氏体的耐硝酸腐蚀性能有不利影响，当硅含量处于0.8%～1.0%时影响最显著，但硅能提高奥氏体不锈钢的抗应力腐蚀能力。一般认为，硅使不锈钢的冷加工性能下降。
硫在一般不锈钢中是残余元素。硫对钢的强度影响不大，但降低不锈钢的韧性，使钢的延伸值和冲击值大幅度下降。硫可以提高不锈钢的切削性能，易切削不锈钢中一般含有0.15%～0.4%的硫。
磷在不锈钢中是残余元素。在奥氏体不锈钢中磷的危害不像一般钢中那样显著，含量允许偏高一些（≤0.045%）。磷对钢有强化作用。有些沉淀硬化不锈钢中，如PH17-10P，磷是作为合金元素加入的。
铝是稳定铁素体的元素，可提高钢的耐高温氧化性能，改善焊接性能，铝含量达1%左右时，有显著的沉淀硬化效果，但铝会降低钢抗硝酸腐蚀能力。
稀土元素应用于不锈钢，主要是改善工艺性能，保证热加工顺利进行。双相钢常用稀土改善热加工性能。
1.1.8 不锈钢组织取决于各元素作用的总和
根据各元素对组织成分影响，可将不锈钢中的合金元素分为两大类，一类是扩大奥氏体区，稳定奥氏体组织的元素，包括碳、镍、锰、氮和铜，以碳和氮的作用程度最大；另一类是缩小奥氏体区，形成铁素体组织的元素，包括铬、硅、钼、钛、铌、钽、钒和铝等。这两类元素共存于不锈钢中时，不锈钢的组织取决于各元素互相影响的结果。如稳定奥氏体元素起主要作用，不锈钢组织就以奥氏体为主，铁素体很少以至于没有。如果它们作用程度还不能使钢的
奥氏体保持到室温，在冷却过程中奥氏体发生马氏体转变，钢的组织则为马氏体。如果形成铁素体元素起主要作用，钢的组织则以铁素体为主。
不锈钢的组织可通过组织图进行预测，如图1-5。其横坐标表示铬当量（[Cr]），纵坐标表示镍当量（[Ni]）。
﹝[Cr]=Cr%+Mo%+1.5（Si+Ti）%+0.5Nb%+3Al%+5V%
﹝ [Ni]=Ni%+30（C+N）%+0.5Mn%+0.33Cu%
1.2不锈钢的组织、性能和用途
不锈钢的牌号很多，我国常用不锈钢牌号就有50多个。如把不同牌号的不锈钢加热到高温（900℃～1100℃），然后在空气中冷却，得到的金相组织各不相同。根据金相组织类型可将不锈钢分为：⑴马氏体钢，包括马氏体一碳化物钢；⑵铁素体钢；⑶奥氏体钢；⑷奥氏体—铁素体双相钢;(5)沉淀硬化钢。各类钢的常用牌号、用途和特点如下。
1.2.1马氏体钢
马氏体钢是一种可硬化不锈钢，根据化学成分可分为铬不锈马氏体钢和铬镍不锈马氏体钢，常用牌号有1Cr13、2Cr13、3Cr13(Mo)、4Cr13、1Cr17Ni2、2Cr13Ni2 、Y1Cr13和9Cr18(Mo)。马氏体钢有良好的淬透性，可通过淬、回火改变其强度和韧性，常温下有良好的耐腐蚀和耐磨性能，耐高温性能优良，直到500℃强度也不降低，在高达700℃大气中仍能抗氧化。1Cr13、2Cr13和3Cr13(Mo)用于制作刀具、精密轴、滚动体、喷咀、弹簧、阀门和手术器材等。1Cr17Ni2用作具有较高强度的耐硝酸及有机酸腐蚀的零件、轴、活塞杆、螺栓等。Y1Cr13和2Cr13Ni2属于易切削不锈钢，用于制作表面光洁度高、又承受较大应力的耐蚀零件，如仪表轴、销、齿轮等。9Cr18(Mo)是不锈钢中硬度最高的一种钢，多用作要求高硬度及耐磨的零件，如切削工具、轴承，弹簧及医疗器械等。
马氏体不锈钢作结构件和刀具用需进行淬火—回火处理。其耐蚀性能在淬火状态最好，淬回火状态次之，退火状态下最差。
马氏体钢通过退火实现软化，因为具有自硬性，退火后的冷却速度至关重要。退火方式有完全退火、再结晶退火和消除应力退火3种。
马氏体钢属于易裂钢，热加工和热处理时的热应力，冷加工时的残余应力，都能导致钢的开裂。所以热加工时应严格控制升温、降温速度，热加工后及时退火。冷加工后用及时进行消除应力处理。
1.2.2铁素体钢
铁素体钢在常温下以铁素体组织为主，具有体心立方晶格结构，钢中含铬11—30%，一般不含镍，有时含有少量的Mo、Ti和Nb。铁素体钢的耐腐蚀性能优于马氏体钢，具有导热系数大、膨胀系数小、抗氧化性能好和抗应力腐蚀性能优异等特点。常用牌号有0Cr13、0Cr17(Mo)、0Cr28。0Cr13用做汽车排气处理装臵、锅炉燃烧室喷咀等。0Cr17(Mo)用作家用电器部件、食品用具、清洗球及建筑装饰材料等。0Cr28用于制作浓硝酸、磷酸和次氯酸钠等化工设备零件和管道等。
一般说来，铁素体不锈钢的工艺性能较差，脆性倾向比较大。铁素体钢的脆性与下列几个因素有关：
1.2.2.1高温脆性
间隙元素（C、N）含量中等以上的（C+N＞400PPM）铁素体钢，加热到1000℃以上，快速冷却到室温，其韧性和塑性比较低。近期研究表明高温脆性和晶间腐蚀一样，是由富铬碳化物、氮化物在晶间和位错上析出引起的。高温脆性转变温度随钢中间隙元素含量和铬含量的增加，冷却速度加快，向高温区移动。含铬25%的钢，当碳氮总量从0.035%提高到0.045%时，脆性转
变温度从室温以下提高到室温以上。伴随着脆化，钢的耐蚀性能也急剧下降。已经脆化了的钢，从新加热到750℃—850℃可以恢复其塑性和耐蚀性能。
1.2.2.2晶粒粗化
铁素体钢的晶粒极易粗化，加热时其晶粒长大速度和粗化程度远远大于奥氏体不锈钢。这种晶粒粗化是不可逆转的。在热加工和热处理过程中，如工艺控制不当，晶粒一旦长大，往往造成整批钢脆化报废。因此为防止晶粒粗化，铁素体不锈钢往往采用较低的始锻（轧）温度（1040℃—1120℃）和终锻（轧）温度（700℃—800℃）。冷加工中，采用750—850℃短时间保温，快速冷却的退火工艺，使其软化。
1.2.2.3σ相析出
铁素体钢在550—800℃下长期加热，会析出一种铁与铬的金属间化合物（σ相）其成分相近似于FeCr。σ相硬而脆，沿晶界呈网状分布。σ相的出现使钢的性质变脆，并且降低钢的耐蚀和抗氧化性能。
一般认为，含铬低于20%的钢不易产生σ相，随着铬含量的增加，产生σ相的倾向增大。向钢中添加形成铁素体元素，如硅、铌、钛。钼等，产生σ相倾向增大，添加铜、锰、镍等稳定奥氏体元素有相反的作用。
已形成σ相的钢，经过850℃加热，保温半个小时，即可使σ相溶解，恢复钢的韧性。1.2.2.4 475℃脆性
高铬钢在370—540℃温度下长期加热后，会出现强度升高、韧性大幅度降低的现象。这种现象在475℃左右尤为强烈，因此称为475℃脆性。
475℃脆性在含铬13.7%以上的钢中就有可能出现，在含铬较高的马氏体—铁素体钢、18—8型奥氏体钢及沉淀硬化钢中亦曾发现，但远不及高铬铁素体钢明显。
铁素体钢的475℃脆性，随含铬量的增加，脆性转变温度提高，转变所需的加热时间缩短。Cr13钢的转变温度为400℃℃，Cr17为500℃。Cr17加热14天冲击值降低不大，Cr28短期加热就可能变脆。
近期研究表明：475℃脆性是铬原子在钢中不均匀的偏聚，引起点阵畸变和内应力增加造成的，已产生475℃脆性的钢，可通过600℃以上加热，然后快冷予以消除。
1.2.3奥氏体钢
奥氏体钢在常温下为奥氏体组织，具有面心立方晶格结构。奥氏体钢是以18—8型铬镍钢为基础发展起来的钢。常用牌号有1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni9Cu3、0Cr17Ni12Mo2、0Cr25Ni20。1Cr18Ni9因冷加工强化效应显著，主要用作不锈弹簧和制绳材料。1Cr18Ni9Ti具有良好的抗晶间腐蚀性能，0Cr18Ni9Cu3冷加工性能优良，磁性较弱，用于制造螺栓、筛网和编织钢丝，0Cr17Ni12No2（316）在海水和其它含氯离子和硫化氢介质中有很好的耐点腐蚀性能，用于制作化工、石油、食品用设备的零部件、销、轴、网、传送带、螺栓等。0Cr25Ni20（310）兼有较高的耐蚀和耐热性能，作为耐蚀钢，用于制作食品工业中与浓醋酸和柠檬酸接触的部件，作为耐热钢用于制作各种连续炉和周期炉的传送带，炉辊，炉膛部件，马氟炉管，辐射管等。
奥氏体钢具有高的耐蚀性能，良好的焊接性能，常温和低温下有很高的塑性和韧性，加工性能远优于其它类型不锈钢，无磁性或具有弱磁性。缺点是钢的热膨胀系数较大,同铁素体钢一样，不能通过热处理强化,并对晶间腐蚀性能比较敏感。实际生产中常用降低碳含量、添加易形成碳化物的元素和采用稳定化处理的方法来消除这种敏感性。
1.2.4奥氏体—铁素体双相钢
奥氏体—铁素体双相钢常用牌号有00Cr25Ni5Mo3Si2,这种钢耐应力腐蚀和点腐蚀性能好，可用于含氯离子环境中，主要用在化工、石油、造纸的工业热交换器和冷凝器上。
奥氏体—铁素体双相钢中的铁素体含量随化学成分和加热温度的不同而有较大的变化，与奥氏体钢相比，这类钢具有屈服强度较高，抗晶间腐蚀和应力腐蚀能力较强，焊接时产生热裂纹倾向小，铸造流动性好等优点。缺点是热加工性能稍差，易产生σ相脆性。
1.2.5沉淀硬化钢
沉淀硬化钢常用牌号有0Cr17Ni7Al和0Cr17Ni4Cu4Nb。沉淀硬化钢具有良好的耐蚀性能和较高的强度。0Cr17Ni7Al多用作飞机外壳、结构件、喷气发动机零件、弹簧、天线、紧固件、仪表零件等。0Cr17Ni4Cu4Nb用于有一定耐蚀要求的高强度容器、高强度螺栓和喷气发动机零件等。
奥氏体不锈钢加工性能好，但强度低，不能通过热处理强化。马氏体钢淬火—回火能获得高强度，但加工性能不太好。沉淀硬化不锈钢兼有两者的优点，退火（固溶）状态较软，容易加工成形，通过热处理可获得高强度；具有与奥氏体不锈钢相当的耐蚀性能。此外，这类钢通过适当的时效处理，会析出沉淀相，使强度进一步提高。
1.3 不锈钢的品种
不锈钢的品种很多，除产量最大的不锈钢板材外，还有丝、管、棒、带等品种，其中不锈钢丝是发展的比较快的一个品种。在工业发达的国家，有用不锈钢丝取代碳素钢丝的趋势，致使不锈钢丝的需求量迅速增长。不锈钢丝按用途可分为不锈耐热钢丝、不锈弹簧钢丝、不锈焊丝、不锈冷顶锻钢丝、不锈轴承钢丝、不锈易切削钢丝等。
不锈钢丝是一种生产难度比较大的特殊钢丝。这类钢丝的热处理、表面处理和拉拔工艺和一般钢丝不一样，下面分类介绍不锈钢丝生产技术。
2、不锈钢丝生产工艺技术
2.1不锈耐热钢丝
不锈耐热钢丝现行标准GB/T4240-93，为国际一般水平标准。该标准包括23个钢号：奥氏体钢14个，铁素体钢2个，马氏体钢7个。成品钢丝主要考核尺寸偏差、表面质量和力学性能3项。奥氏体钢有3种交货状态：冷拉、轻拉、软态。马氏体和铁素体钢除4Cr13、1Cr17Ni2和9Cr18以退火状态交货外均以轻拉状态交货。家用电器和微型电机用精密轴、筛网和编织用钢丝、生产细丝用原料，捆绑线等均可按此标准定货。
2.1.1 生产工艺流程
奥氏体不锈钢丝生产流程如下：
奥氏体—铁素体不锈钢丝，以及部分电热合金、高温合金、耐蚀合金和精密合金丝材，因组织、成分与奥氏体不锈钢丝有相似之处，可按此工艺流程生产。
马氏体、铁素体不锈钢丝生产流程如下：
2.1.2热处理
不锈钢丝冷加工过程中的热处理与其它制品热处理的目的和方法不完全相同。
2.1.2.1 固溶处理
奥氏体不锈钢丝通过固溶处理来软化，一般将钢丝加热到950～1150℃左右，保温一段时间，使碳化物和各种合金元素充分均匀地溶解于奥氏体中，然后快速淬水冷却，碳及其它合金元素来不及析出，获得纯奥氏体组织，称之为固溶处理。固溶处理的作用有3点。
⑴使钢丝组织和成分均匀一致，这对原料尤其重要，因为热轧线材各段的轧制温度和冷却速度不一样，造成组织结构不一致。在高温下原子活动加剧，σ相溶解，化学成分趋于均匀，快速冷却后就获得均匀的单相组织。
⑵消除加工硬化，以利于继续冷加工。通过固溶处理，歪扭的晶格恢复，伸长和破碎的晶粒重新结晶，内应力消除，钢丝抗拉强度下降，伸长率上升。
⑶恢复不锈钢固有的耐蚀性能。由于冷加工造成碳化物析出，晶格缺陷，使不锈钢耐蚀性能下降。固溶处理后钢丝耐蚀性能恢复到最佳状态。
对于钢丝而言，固溶处理的3个要素是温度、保温时间和冷却速度。
固溶温度主要根据化学成分确定。一般说来，合金元素种类多、含量高的牌号，固溶温度要相应提高。特别是锰、钼、镍、硅含量高的钢，只有提高固溶温度，使其充分溶解，才能达到软化效果。但稳定化钢，如1Cr18Ni9Ti，固溶温度高时稳定化元素的碳化物充分溶解于奥氏
体中，在随后的冷却中会以Cr
23C
6
的形态在晶界析出，造成晶间腐蚀。为使稳定化元素的碳化
物（TiC和NbC）不分解、不固溶，一般采用下限固溶温度。
保温时间应根据热处理炉型和装炉量确定。周期炉多采用热装炉，即炉温升到预定温度后装炉，保温后快速出炉淬水。从装炉到出炉热处理周期一般为0.5-2h。
冷却速度对不锈钢性能有很大影响。如前所述，在冷却过程中碳要从奥氏体中析出，550～800℃为σ相析出区，还有475℃脆性区，因此，固溶后的钢丝应采用快速冷却的方式防止碳化物析出，避开上述温度区，获得最佳热处理效果。直径φ3.0mm以上的钢丝一般用水冷，直径φ3.0mm以下可以用风冷。美国304(0Cr19Ni9)和316(0Cr17Ni12Mo2)钢现场冷却作业标准认为，超过3min钢仍为红色就说明冷却速度不够。一般说来，固溶处理后钢丝抗拉强度主要取决于固溶温度，温度升高，抗拉强度偏低。伸长率似乎更多取决于冷却速度，冷却加快，伸长率偏高。
近年来，新兴不锈钢丝生产企业几乎全部选用氨分解气体保护连续炉，自由放线、倒立式
收线或线轴收线的方式进行钢丝热处理。选用氨分解气体（25%N
2+75%H
2
的体积比）作为保护气
的原因是液氨资源丰富，储运方便，制气装备简单，制出的气体纯度比较高，稍作净化即可使用。因为不锈钢中铬含量高，保护气体中的氧和水份的含量必须降到相当低的水平才能实现光亮热处理。对于铬—镍不锈钢，保护气体露点为-45～-55℃就能得到光亮表面。对于含有稳定化元素Ti、Nb或Mn、Al含量较高的钢，因为这些元素与氧的亲和力比铬大，即使保护气体的露点低于-55℃，钢的表面也会变成淡灰色和亮灰色。以氢气保护连续炉热处理0Cr17Ni7Al为例，氢气露点和钢表面变色的关系如表2-1。不锈钢表面蓝色氧化皮很难酸洗去除，如还原性气氛露点达不到要求，还不如采微氧化性（含5%游离O
2
）气氛好。
表2-1 氢气露点与0Cr17Ni7Al表面色泽关系
露点，℃ -66 -49 -40.5 -37.6 -34
表面光泽光亮光亮乳白色微蓝较深蓝色不锈钢丝气体保护连续炉设计规范对保护气体要求一般为氧含量≤10ppm,露点低于-60℃。另外一个重要参数是气体流量，不同企业热处理实际使用流量往往有很大差别，造成差别的原因有两方面：①系统的气密性，②钢丝的洁净度。
系统的气密性是指气体发生装臵和传输管路泄漏状况，尤其应注意管路的焊接头、连接点、法兰盘及阀门的泄漏，系统泄漏不仅造成气体流失，还严重降低气体纯度，造成不锈钢丝氧化变色。炉管两端的封堵，特别是进气端的封堵，可以有效地减少气体流量。
钢丝表面洁净度是一个容易忽视的因素，表面潮气、残留油脂和润滑剂带入炉管，恶化炉管内气氛，往往造成钢丝氧化。此时为使钢丝恢复光亮，必须用大量高纯气体稀释水气，改善炉
管内气氛，这就是不同企业热处理炉气体流量差别很大的原因。现代化不锈钢丝生产线非常注意拉拔后钢丝表面清洗，通常在拉丝机后配上一组清洗槽，有的还在连续炉前再配臵一组电解清洗装臵和干燥炉，成品钢丝表面质量确实有根本性提高。
保护气体流量可以用换气系数来确定，每小时通气量等于炉管总容积时换气系数为1。不锈钢丝光亮热处理炉的实际换气系数为15～45。
2.1.2.2 退火处理
马氏体不锈钢丝采用退火处理。退火的目的是消除内应力，防止裂纹；消除加工硬化，以利于继续加工。
从软化效果来看，完全退火最好，但退火温度较高，钢丝表面氧化相对比较重。所以钢丝原料和中间软化处理一般采用再结晶退火工艺；原料在800℃左右退火，炉冷到650℃以下出炉，热处理周期6-7h；半成品通常在750～800℃之间退火，保温后空冷，热处理周期约5～6h。马氏体钢冷加工的残余应力如不及时消除往往导致钢的开裂。对1-4Cr13，工艺规定拉拔后的半成品钢丝，必须在12h内装炉热处理，一些含镍的马氏体钢，等于如1Cr17Ni2，由于镍的作用，奥氏体完全分解成珠光体所需时间非常长，很难通过退火达到软化的目的，通常采用高温回火的办法来实现软化。日本JIS标准推荐采用二段退火法来软化1Cr17Ni2，第一次750℃、空冷；第二次650℃、空冷。尽管如此，还是不能软化到HB230以下。
铁素体不锈钢丝采用退火处理来消除由于热加工和冷加工引起的应变和硬化。退火后钢丝抗拉强度下降，伸长率和耐蚀都能都得到改善。退火温度一般为750-850℃，保温后空冷。高铬铁素体钢丝，为防止晶粒粗化，也常采用650-750℃低温退火工艺。铁素体钢丝热处理的关键是防止因过热而导致的晶粒过分长大，在475℃脆性区停留时间尽可能地短。连续炉处理铁素体钢丝，因在炉内时间很短，炉温可提高到830～850℃。
2.1.3 表面处理
不锈钢的变形抗力很大，拉拔时极易粘在模具上，造成表面划伤。为保证拉拔顺利进行，必须对钢丝进行适当的表面处理。表面处理包括去除表面氧化皮和在表面涂敷一层附着良好的润滑涂层两项内容。
不锈钢的合金元素多，表面氧化皮构成复杂。有必要首先介绍一下不锈钢中常见元素及其氧化物的性质:
铬及其氧化物：金属铬在碱、硝酸、碳酸盐的溶液和有机酸中非常稳定，但易溶于盐酸和热浓硫酸中。
铬生成三种氧化物：CrO、Cr
2O
3
、CrO
3
、CrO很不稳定，在空气中氧化生成Cr
2
O
3
。
Cr
2O
3
是一种绿色的难溶物质，几乎不溶于酸碱溶液中。CrO
3
是铬酐，能溶于硫酸和硝酸溶液
中。
镍及其氧化物：金属镍几乎不溶于硫酸和盐酸，仅溶于硝酸中。
镍的氧化物有NiO和Ni
2O
3
两种。NiO溶于盐酸和硫酸，Ni
2
O
3
坚韧致密，不溶于硫酸。
锰及其氧化物：金属锰能溶于酸中，锰的氧化物有五种：MnO、Mn
2O
3
、MnO
2
、Mn
3
O
4
、Mn
2
O
7
。
低价氧化物呈碱性，MnO
2
呈两价，高价氧化物是酸酐。钢丝表面氧化皮是低价锰，能溶于酸中。
硅及其氧化物：氧化物为SiO
2，仅能和酸中的氢氟酸作用。SiO
2
溶于热碱溶液中生成相应
的硅酸盐。
钼及其氧化物：金属钼不与盐酸和稀硫酸起作用，只能溶于硝酸和热硫酸中。氧化物为MoO
3
，溶于酸、碱中。
钛及其氧化物：金属钛在常温下很稳定，耐腐蚀，高温时易和氧、氮生成化合物（TiO
2
、
TiN）、TiO
2
溶于硫酸和碱中。
铝及其氧化物：金属铝常温下被氧化生成一层致密的Al
2O
3
，保护内部铝不继续氧化。Al
2
O
3
不溶于水和酸，能与碱起作用。
不锈钢的氧化皮主要成分是Cr
2O
3
和NiO，以铬尖晶石（Fe0〃Cr
2
O
3
）和镍尖晶石（NiO〃Fe
2
O
3
）
形态存在。这层皮致密、坚韧，与基体结合牢固，很难酸洗去除，一般用碱浸和混合酸洗的方法去除。
2.1.
3.1 碱浸
将钢丝浸泡在碱性熔盐或溶液中去除氧化皮的操作称为碱浸。碱浸可分为熔盐碱浸和溶液碱浸两种。
熔盐一般由碱金属或碱土金属的氢氧化物或碳酸盐和氧化剂组成。常用氧化剂有硝酸盐、
重铬酸盐、过氧化钠、高锰酸钾及硼砂等，具体配方如表2-2。
表2-2 碱性熔盐常用配方
成分，%
编号 NaOH NaNO
3 Na
2
B
7
O
4
NaH 使用温度，℃
1 80～75 20～25 450～600
2 75～82 15 3～10 480～550
3 95～98 5～2 370～400
熔盐碱浸操作过程是将钢丝臵于熔融的碱性溶液中（400-600℃），浸泡一段时间，然后迅速淬水，其作用原理分两方面：一方面是钢丝氧化皮和基体金属的膨胀系数不一样，氧化皮可
塑性小，钢丝淬水时部分氧化皮爆裂、脱落；另一方面是氧化皮中部分成分，如SiO
2、MoO
3
、
TiO
2和Al
2
O
3
溶于碱性溶液中，Cr
2
O
3
也能与熔盐作用，形成高价铬酸盐，其反应方程式为：
Cr
2O
3
+3NaNO
3
+4NaOH=2Na
2
CrO
4
+3NaNO
2
+2H
2
O
随着部分成分的溶解和高价铬盐的生成，氧化皮变得疏松，在随后的酸洗中易剥离。熔盐
去除氧化皮的优点是不浸蚀基体金属，不产生酸洗氢脆。由于碱性熔盐有很强的氧化性，碱浸可以脱脂和消除钢丝表面黑灰，其反应方程式如下：
C+2NaNO
3=2NaNO
2
+CO
2
↑
MoS
2+6NaOH+9NaNO
3
=NaMoO
4
+2Na2SO
4
+9NaNO
2
+3H2O
反应生成的NaNO
2能自动吸收空气中的氧，还原成NaNo
3
。
2NaNO
2+O
2
=2NaNO
3
所以氧化剂NaNO
3
实际上起触煤作用。碱浸时如熔盐保持无淤渣（碱泥）状态，只要按比例补充被带走的熔盐，就足以使碱浸处理连续进行。
碱浸操作时进入碱槽的钢丝必须干燥，不能带水，否则将引起爆炸，钢丝必须全部浸入熔盐中，碱浸后快速淬水。淬水后应及时清洗，去除表面残碱，防止钢丝碱蚀。熔碱槽使用一段时间后，底部沉积一层碱泥，落入碱泥中的钢丝未受碱作用，在随后的酸洗中会产生局部氧化皮洗不掉的缺陷，因此要定期去除沉淀的碱泥。
不锈钢丝熔盐碱浸工艺如表2-3。特别应注意部分不锈钢丝，如沉淀硬化钢丝和高铬铁素体钢丝，450～600℃碱浸会降低其塑性，应严格控制温度和时间（最好＜420℃和下限时间）。但氧化性熔盐熔点较高，420℃以下粘度增大，无法使用。国外也有采用还原性熔盐的，其成分如表2-2的3#配方，使用温度380～400℃，必要时可降至370℃，碱浸时间为1～20min。
熔盐碱浸的最大缺点是需设专门的碱槽，碱槽升温周期长，能源消耗大。一些产量不大、不能连续生产的厂家多选用溶液碱浸工艺。
表2-3 不锈钢丝碱浸工艺
国内外常用溶液配方如表2-4。
表2-4 碱性高锰酸钾碱浸工艺
溶液浓度，g/l
编号 NaOH KMnO
4
KOH 温度，℃时间，h
1 50～100 50～100 80～100 1.5～4.0
2 60 80 80～95 1.5～4.0
1#配方在加拿大和美国已使用30多年，主要用于疏松高合金钢氧化皮，也可用来去除钢丝表面残留油脂和润滑剂，去除钢丝表面酸洗残渣和黑灰。溶液中的高锰酸钾是一种强氧化剂，氢氧化钠（或氢氧化钾）的作用是促进高锰酸钾分解，放出原子氧，随着NaOH含量的增加，
分解加快，如果KMnO
4分解速度太快，原子氧不能充分利用，生产氧气跑掉，KMnO
4
消耗量增大，
碱浸速度并不能加快，反应方程式为：
2KMnO
4+2KOH=2K
2
Mn
4
+H
2
O+[O]
绿色的锰酸钾是中间产物，它很快继续分解，再生成高锰酸钾和氢氧化钾：
3K
2MnO
4
+2H
2
O=2KMnO
4
+MnO
2
↓+4KOH
从反应方程式可看出氢氧化物消耗不大，KMnO
4
耗量较大。碱性溶液疏松不锈钢氧化皮的反应方程式如下：
Cr
2O
3
+2KMnO
4
+2NaOH=K
2
CrO
4
+Na
2
CrO
4
+2MnO
2
↓+H
2
O
新配溶液呈紫色，使用中生成MnO
2
棕色沉淀，紫色逐渐消褪。实际生产中可按每吨钢丝
200-1000g的比例及时添加KMnO
4，NaOH的消耗远低于KMnO
4
，可根据分析结果定期补加。高锰
酸钾耗尽时，中间产物锰酸盐（K
2MnO
4
）使溶液变成绿色。
溶液碱浸与酸洗配合使用，可明显缩短时间。不锈钢丝去除氧化皮一般采用酸洗→水冲洗→溶液碱浸→水冲洗→三酸洗的工艺流程。
2.1.
3.2 酸洗
由于不锈钢氧化皮成分复杂，用单一酸很难将其彻底去除，因此，不锈钢丝多采用混合酸洗。表2-5是几种常用酸液配方。
表2-5 酸洗工艺
酸溶液浓度，g/l
编号 H
2SO
4
HCl HNO
3
HF NaNO
3
NaCl 温度，℃时间，min
1 165～250 20～50 20～40 60～80 5～30
2 125～220 110～165 30～50 3～10
3 200～240 30～50 50～65 20～90
4 100～160 20～50 ≤50 10～60
1#酸液可用来洗经熔盐碱浸的不锈钢丝。硫酸中加入硝酸钠和食盐后，酸液中的H离子能与盐水解生成的Cl和NO
3
组成相应的酸，实际起硫酸、硝酸和盐酸三酸溶液作用。酸液中的硝酸钠是强氧化剂，对钢丝表面起钝化作用。酸洗后的钢丝表面呈银白色。这种酸液对基体的腐蚀作用较强，酸洗温度和时间控制不当，钢丝表面很容易形成麻点。此外，酸洗时产生橙色的NO2气体对人体毒害作用大，要注意排除废气，改善劳动条件。
2#酸液能比较好地溶解不锈钢氧化皮，适用洗不宜进行熔盐碱浸的高铬铁素体钢和沉淀硬化不锈钢丝。这种酸液成本高、酸性强，对金属基体腐蚀更强烈，使用时更应注意控制好钢丝表面质量。
#酸液可与高锰酸钾溶液配合使用，进行钢丝的预酸洗，也可用来洗熔盐碱浸后的铬不锈钢丝。酸液中的食盐在一定程度上起缓蚀作用，减少硫酸对基体的腐蚀，减轻钢丝酸洗后的氢脆。
4#酸液清洗不锈钢氧化皮最有效。因为氢氟酸对金属基体作用很弱，所以更能避免酸洗缺陷，容易得到更纯净的光亮表面。这种酸液浓度应保持一定的比例，即HNO3:HF=5:1。特别应注意的是氢氟酸液体和蒸气都有毒，能给人造成难以愈合的创伤，使用时必须配有特殊的预防措施。为防止挥发，酸液温度一般控制在50℃以下。
酸洗后的钢丝应立即用压力为0.8～1.2MPa的高压水，将表面残酸及残渣冲洗干净，然后进行涂层处理。
2.1.
3.3 涂层
涂层的目的是在钢丝表面形成一层粗糙、多孔、能吸附和携带润滑剂的载体，拉丝时借助这层润滑载体将拉丝粉带入模具中。不锈钢丝常用涂层分盐石灰、草酸盐和氯（氟）系树脂3种类型。
盐石灰涂层成本低，原料购制方便，是国内应用最广泛的涂层，常用配方如表2-6。
表2-6 盐石灰涂层液配方
乳液浓度，%
编消石灰食盐元明粉氯化石腊磷酸三钠二硫化钼温度涂层方法
号 Ca(OH)
2 NaCl Na
2
SO
4
Na
3
PO
4
MoS
2
℃
1 20～30 8～10 ＞70 涂2～3次
2 20～30 8～10 10～20 2.0～2.5 ＞80 涂2～3次
3 15 10 0.5 1.5 0.2 ＞90 涂2～3次
4 10 13 6.
5 3 ＞90 涂2～3次
盐石灰涂层质量的好坏主要取决于它在钢丝表面的粘附强度，而不是它的厚度。粘附强度又取决于石灰颗粒的细度。因此配制消石灰时，必须挑选焙烧完全，洁白纯净的石灰块，放入8～10倍的水中，待其消化后搅拌均匀，用80目筛网过滤，去除砂石和未消化的碎块。经过滤的石灰乳放臵沉淀槽内，继续消化一周后呈雪花膏状，即可使用。沉淀槽内石灰应保持湿润状态，槽上要盖好盖。
消石灰中加入食盐可以提高石灰对钢丝的粘附性能，在随后的拉拔过程中食盐作为极压添加剂能提高拉丝粉的软化点，改善润滑质量。食盐—石灰涂层的最大缺点是潮湿天气极易返潮，造成涂层脱落。为此，国内各厂家配制多种盐石灰涂层，减少其吸湿性能。其中元明粉是粘附添加剂，氯化石腊和磷酸三钠是极压添加剂，二硫化钼直接改善润滑性能。
涂层后的不锈钢丝应在150～200℃下充分干燥。干燥一方面促使钢丝表面形成载体粗膜，另一方面也有去除酸洗氢脆作用，这点对含碳高的铬不锈钢丝（如9Cr18和4Cr13）尤其重要。
草酸盐涂层也是不锈钢丝的一种有效涂层，历史上曾广泛使用，近年来国内外均较少采用，这种涂层配方如表2-7。
表2-7 草酸盐涂层配方
溶液浓度，g/l
编草酸食盐大苏打亚硫酸钠钼酸铵氟化钠硫酸铁柠檬酸温度时间
号 H
2C2O
4
NaCl Na
2
S
2
O
3
Na
2
SO
3
(NH
4
)MoO
4
NaF Fe
2
(SO
4
)
3
C
3
H
4
OH(COOH)
3
℃ min
1 40～60 10～30 0.5～1.0 80～90 10～20
2 50 25
3 30 10 60～70 5～10
3 37.5 1.2 8.7 50～70 30
4 120 30 3.0 160 50～70 5～15
20世纪80年代，日本、瑞典等国不锈钢丝多采用氯（氟）系树脂涂层，使用效果要比前3种好。以日本共荣社油脂化学工业株式会社产品为例，氯系树脂可选用LC-100、LC-105和LC-200三个品种，产品为淡黄色透明液体，使用时用三氯乙烯，三氯乙烷，全氯乙烯，甲苯等溶剂，按1：（1～2）的比例稀释。钢丝在稀释液中浸涂后，自然干燥3-4h即可拉拔，拉拔后的钢丝要在上述溶剂中去除涂层。氟系树脂F-5为淡黄色悬浮液，它比氯系树脂有更好的耐热和耐压性能。用氟系树脂涂层的不锈钢丝，可承受更高的拉拔速度，丝材表面更光亮。其使用方法与氯系树脂相同。进入90年代，由于树脂涂层带来的环境污染和对人体健康的危害很难消除，不锈钢涂层又回到水溶性涂层的老路上。
新型涂层剂多以粉状结晶体供货，直接溶于水即可使用，使用维护方便。与老涂层方法相比，新涂层吸湿性少，不象硼砂和盐石灰那样易返潮；不象草酸盐那样着色；不象石灰皂那样易脱落而引起粉尘；不象树脂那样影响环境和危害健康，拉丝后的残余涂层去除方便。据初步
分析，新涂层多以硼砂和元明粉（Na
2SO
4
〃10H
2
O）为基础，添加适量防潮剂、硫系或氯系极压
剂配制而成。现在国内、日本、台湾不锈钢丝生产企业常用涂层液配比及工艺如表2-8 。近年来天津特润丝、天津东亚、济南龙海、西安新勇、靖江博通都有类似涂层供应。
表2-8 不锈钢丝涂层液配比及工艺
注：涂层后钢丝自然风干或120～130℃烘烤10分钟
2.1.
3.4 去涂层及中和
国为涂层中含有氯离子，拉拔后钢丝如直接热处理，氯离子会造成钢丝表面点腐蚀，所以热处理前要去除钢丝表面残留润滑膜（即去涂层）。残留润滑膜呈碱性，只要将钢丝臵于酸液中漂洗一下，然后用高压水冲洗就可以去除。
去涂层后的钢丝需用消石灰（Ca(OH)2)的饱和溶液中和处理，中和液通常保持沸腾状态，钢丝出槽后利用自身热量即可烘干。
2.1.4拉丝
经固溶处理的奥氏体不锈钢丝塑性良好，但变形抗力大，加工硬化效应强，拉拔时要有良好的润滑剂和适宜的模具。
拉拔大尺寸（直径大于5.0mm）不锈钢丝一般选用YG8硬质合金模，模孔工作锥度为14°左右；小尺寸（直径5.0～0.5mm）钢丝选用YG6硬质合金模，模孔工作锥角度为12°左右。使用硬质合金模拉拔时，采用干式润滑剂。一般认为选用含有极压添加剂，软化点较高的脂肪酸皂较为适宜。直径0.5mm以下的不锈钢丝多采用聚晶金刚石模，在油性液体润滑剂（酸化蓖麻油、纺织助剂等）中拉拔。直径小于0.2mm的细丝大都采用天然金刚石模，配以肥皂水拉拔。
近年来不锈钢干式拉丝普遍采用压力模技术，即在压力模盒内同时装有两个模具，第一个模具（压力模）孔径稍大于钢丝直径，第二个模具为正常拉丝模，如图2-1 。压力模起两种作用：1、为钢丝定位，保证钢丝沿中心线进入拉丝模，均匀变形。2、阻止润滑剂回流，在拉丝模前形成高压区，加大润滑剂粘附厚度，有利于多次拉拔。根据加拿大的使用经验，压力模孔径比钢丝（盘条）直径大一个固定值（K），使用效果最好，见表2-9和表2-10 。
注：压力模孔径=钢丝直径+K
表2-10 盘条拉拔压力模尺寸选择表
注：压力模孔径=钢丝直径+K
油拉是近年常用的另一项新技术，干粉润滑剂拉出的不锈钢丝，在去除表面残余润滑膜后表面无光泽,称为半雾面状态。如经酸漂洗或打毛处理，彻底消除表面光泽后，则称为雾面状态。有的用户要求交货钢丝保持良好的金属光泽，称为光亮状态。光亮状态钢丝根据光洁度要求不同，必须在拉拔过程中预留1～2个道次，采用油性液体润滑剂拉拔。由于油性润滑剂的润滑效果远不如干粉润滑剂，油性拉拔的减面率一般控制在15%以下，拉拔速度限制在150m/min 以下。马氏体钢丝可选用硬质合金模配合油性润滑剂拉拔。奥氏体和铁素体不锈钢丝最好选用聚晶钻石模与油性润滑剂配合拉拔。
与碳素弹簧钢丝相比，不锈钢丝拉拔的特点是总减面率较小，道次减面率较大。因为不锈钢丝时效温度较高，对模具和卷筒的冷却要求没有弹簧钢丝那样严格，甚至可以认为卷筒温度
升高有利于不锈钢丝的拉拔。
保证表面涂层干燥，完整是不锈钢丝顺利拉拔的先决条件。一旦发现涂层返潮或局部脱落，应重新涂层后拉拔。拉拔过程中发现润滑不良也应重新涂层，否则钢丝极易与模孔粘粘，造成表面划伤。
铁素体钢丝和1-4Cr13马氏体钢丝的拉拔工艺与奥氏体钢相同，但要注意控制道次减面率不宜过大。拉拔后的钢丝应及时热处理，避免发生应力裂纹。
冷拉和软态交货的钢丝典型拉拔工艺如表2-11，轻拉状态交货的钢丝拉拔工艺如表2-12。超低碳不锈钢丝的屈服极限相对比较低，冷加工硬化效应也比较弱，因而在保证成品性能符合标准条件下，可以使用较大的减面率拉拔。但其道次减面率应该比一般不锈钢丝小，否则很容易拉断。
表2-11 冷拉状态成品钢丝拉拔工艺
成品直径允许偏差成前直径总减面率拉拔道次拉拔程序
mm mm mm % 次 mm
6.0 ±0.038 8.0 43.8 2 8.0-6.8-6.0
5.0 ±0.038 7.0 49.0 2 7.0-5.8-5.0
4.0 ±0.038
5.5 47.1 2 5.5-4.5-4.0
3.0 ±0.03
4.2 49.0 2 4.2-3.5-3.0
2.0 ±0.03 2.8 49.0 2 2.8-2.3-2.0
1.0 ±0.02 1.4 49.0 2 1.4-1.15-1.0
表2-12 轻拉状态成品钢丝拉拔工艺
成品直径允许偏差成前直径总减面率拉拔道次拉拔程序
mm mm mm % 次 mm
6.0 ±0.038 6.7 19.8 1 6.7-6.0
5.0 ±0.038 5.6 20.3 1 5.6-5.0
4.0 ±0.038 4.5 21.0 1 4.5-4.0
3.0 ±0.03 3.4 22.1 1 3.4-3.0
2.0 ±0.03 2.3 24.4 1 2.3-2.0
1.0 ±0.02 1.15 24.4 1 1.15-1.0
2.2 不锈冷顶锻钢丝生产技术
近年来随着我国现代化进程的加快，不锈钢标准件的需求量急剧增加，在家用电器、室内装璜、精密仪器行业不锈钢标准件几乎全部取代了碳钢镀铬或镀锌标准件。在食品、交通、机械、建筑等行业不锈钢标准件的需求也在稳步、持续上升。不锈标准件需求急剧增加带动了不锈冷顶锻钢丝的技术进步，十年前我国不锈冷顶锻钢丝常用牌号为ML1Cr18Ni9Ti、ML1Cr17Ni2、ML1Cr13和ML1Cr17，与国际通用钢号脱节。为此，冶金行业先后制定和修订了两版国家标准GB4232-84和GB/T4232-93《冷顶锻用不锈钢丝》，推动冷顶锻用不锈钢丝的技术进步，但收效甚微。直到九十年代中期，随着标准件行业产品结构的变化，在江浙、广东、河北一带涌现出一批外资和私营拉丝和标准件生产企业，从根本上改变了我国冷顶锻钢丝生产和使用与世界脱轨的格局。可以说，目前我国不锈冷顶锻钢丝的生产和使用技术已与世界先进水平相当。
2.2.1 不锈钢标准件的分类和表示方法
按GB/T3098.6-2000《不锈钢螺栓、螺钉和螺柱》规定，不锈钢标准件按材质分为A（奥氏体钢）、C（马氏体钢）和F（铁素体钢）三类。标准件用组别和性能等级两部分标记，中间用短划隔开。第一部分表示钢的组别，由字母和数字组成，字母表示钢的类别，数字表示钢的化学成分范围，见图2—2。第二部分表示性能等级，由两位数字组成，数字表示标准件抗拉强度的1/10。如A4-70螺栓，表示用316（0Cr17Ni12Mo2）制造的抗拉强度大于700Mpa的不锈钢螺栓。C3-80表示用431（2Cr16Ni2）制造的抗拉强度大于800Mpa的螺栓。
钢的类别
钢的组别 A1 A2 A3 A4
A5
C1 C4 C3 F1
性能等级 50 70 80 50 70 110 50 70 80 45 60
软 冷加工 高强度 软 淬火并 软 淬火并 淬火并 软 冷加工 回火 回火 回火
注：*含碳量低于0.03%的低碳不锈钢，可增加标记“L ”，如A4L —80。
图2—2不锈钢螺栓、螺钉和螺柱组别和性能等级的标记
A 类钢（奥氏体钢）包含A1～A5五个组别。A 类钢无法通过热处理强化，制作≥70级螺栓需经冷作做硬化处理。
A1组钢是为机械加工专门设计的易切削钢，钢中含硫量较高、耐蚀性稍低于同类钢。常用牌号有303、303Se 。
A2组钢为通用不锈钢，常用牌号有302HQ 、304系列、305和384等。 A3组钢为稳定化型钢，常用牌号321和347。
A4组钢是具有良好抗氯离子腐蚀性能的Cr —Ni —Mo 系列不锈钢，通常用于石油化工、造船、食品等行业，常用牌号有316和317。
A5组钢为稳定化型耐酸钢，使用范围与A4相同，常用牌号有0Cr18Ni12Mo2Ti 和0Cr18Ni12Mo2Nb 。
C 类钢（马氏体钢）包含C1、C3和C4三个组别，制作≥70级螺栓需经淬火回火处理。 C1组钢是Cr12系列钢，耐蚀性能有限，用于制作涡轮机及水泵的紧固件，常用牌号403（1Cr12）和409（0Cr11Ti ）
C3组钢是Cr —Ni 系列钢，耐蚀性能优于C1组钢，常用牌号有431和414（1CR1Ni2）。 C4组钢是Cr13系列钢，耐蚀性能介于C1和C3组钢之间，常用牌号410（1Cr13）和420（2Cr13）。 F 类钢（铁素体钢）包含F1和FA 二个组别，目前标准只列出F1组 ，F 类钢无法通过热处理强化，制作≥60级螺栓需经冷作做硬化处理。
F1组钢具有良好的耐蚀性能和成型性能，但强度偏低。常用牌号有429、430和434。 FA 组钢为铁素体—奥氏体双相钢，此类钢铬钼含量较高，具有良好的抗应力腐蚀和缝隙腐蚀性能，可减少氯离子应力腐蚀造成螺栓失效的风险，典型牌号有00Cr22Ni5Mo3。 2.2.2 不锈冷顶锻钢钢号和特性
不锈冷顶锻钢丝应该既具备不锈钢的耐蚀性能又具备冷顶锻用钢的高塑性和低的冷加工强化系数。常用不锈冷顶锻钢丝的冷顶锻性能和耐蚀性能比较如表2-13。
表2-13不锈冷顶锻钢的冷顶锻性能和耐蚀性能
注：1号性能最好，随号数增大性能下降。
429、430和434是铁素体类钢，为降低钢的变形抗力，一般将碳含量控制在0.05%以下，该类钢冷加工强化率低，冷顶锻性能极佳，可以制成形状复杂的、带有较深沟槽的标准件，标准件在空气中有良好的耐腐蚀性能，在沿海或含有氯离子气氛中434具有更好的抗点腐蚀性能。
410和431是马氏体钢，主要用于制造高强度螺栓。410螺栓成形后需进行淬回火处理，碳含量过低淬不上火，抗拉强度达不到标准要求。431钢处于两相区，成分微小波动会带来铁素体相的急剧变化。如铁素体相含量超过20%，钢材热加工时易出现两相交界处的撕裂，成品淬回火后断面收缩和冲击值偏低。为控制铁素体含量，需适当增大稳定奥氏体元素C，Ni的含量，如表2-14。但稳定奥氏体元素过高，成品淬回火后残余奥氏体量增加，最终导致标准件组织中含有马氏体、抗拉强度偏高，冲击韧性下降。
表2-14 冷顶锻钢丝化学成分实际控制线
300系列（Cr-Ni）不锈钢具有非常好的耐蚀性能，但该类钢变形抗力大，冷加工强化快，不利于冷顶锻成形。为改善冷顶锻性能，主要措施有：①减少钢中碳含量，降低钢的变形抗力，如304L和316L。②增加钢中Ni含量，提高奥氏体稳定性，防止或减少冷顶锻时产生形变马氏体，减缓冷加工强化速度，如305、384、304M（M表示中等硬化率）。③在钢中加Cu，加Cu
可降低钢的变形抗力，减缓冷加工强化速度，极大地改善钢的冷顶锻和深冲性能,见图2-3。加Cu还可以提高钢耐硫酸腐蚀性能。最新研究成果表明，不锈钢中加入适量Cu可使钢具有抗菌功能。如304HC（HC表示高铜）和302HQ（HQ表示冷顶锻）。④粗化晶粒，与10级以上细晶粒钢相比，粗晶粒钢丝抗拉强度、屈服强度稍低，伸长率较大，断面收缩率明显增大，冷顶锻性能有大幅度提高，可承受更大的冷变形而不开裂，如表2-15。顶锻比指高度等于1.5倍直径=1.5d）的圆柱形试样，在两个柱状轧辊之间被压缩，如图2-4，产生强烈的不规则变形，（h
o
试样原始高度h。与首次出现裂纹时高度h1之比。
表2-15 晶粒度与顶锻比的关系
大连钢铁集团304HC线材生产工艺路线如下：
红转
电炉+VOD精炼→浇铸1.7t钢锭→ 750轧机开150方坯→钢坯全剥皮→喷丸精整→高合金钢棒线材连轧机生产φ5.5-20线材→在线固溶→表面处理→包装不锈冷顶锻钢丝对表面质量要求极严，钢坯全剥皮可以彻底消除表面缺陷，喷丸精整的目的是清除砂轮剥皮时留下的小飞刺，高合金钢棒线材连轧机可实现计算机自动控制无扭转轧制，将线材表面划伤减小到最低限度。奥氏体线材可实现在线固溶处理。铁素体控制冷却线材具有极好的拉拔性能，φ5.5mm线材可直接拉成φ1.0mm钢丝。马氏体线材吐丝后可自动装罐缓冷，然后离线退火。不锈钢线材盘重1.2～1.5吨。
对奥氏体不锈冷顶锻用钢而言，在线固溶处理线材不是理想状态线材。从表2-16可以看出，离线固溶处理的线材更适用于制造冷顶锻用钢丝。
控制适当的吐丝温度与快速冷却，防止碳化物沿晶界析出，是提高不锈钢线材耐蚀性能的关键环节。奥氏体线材吐丝温度控制在950～1050℃，铁素体线材控制在800～880℃，鼓风快速冷却比较合适。
表2-16 线材不同热处理条件下的力学性能和晶粒度
注: 空冷:线材成卷后吹风冷却.
水冷:线材成卷后淬水冷却.
固溶软化:线材成卷后离线固溶,直到晶粒度长大到要求级别,再淬水冷却.
2.2.4 不锈冷顶锻钢丝生产
2.2.4.1 热处理
冷顶锻钢丝用线材宜采用周期炉热处理，以便选择足够的保温时间，使晶粒长大到4～6级。加热速度应尽量快点，如果加热速度过慢，在中间温度碳化物容易析出，再将其完全固溶要耗费较长时间，一般先将炉子升到预定温度，然后装料。300系列钢固溶温度1000～1100℃，升温40～60分，保温20-30分，出炉快速淬水。铁素体和马氏体钢热处理工艺与一般不锈钢相同。冷顶锻钢丝半成品和成品有条件应选用气体保护连续炉进行热处理。
2.2.4.2 表面质量
冷顶锻钢丝对表面质量要求比一般钢丝严格，表面轻微划伤也可能造成冷顶锻开裂，生产中要格外注意表面涂层和润滑剂质量。为提高表面质量，国外有些厂家首先对线材进行剥皮（或修磨）处理，彻底去除热轧缺陷，然后再进行冷加工。
2.2.4.3 拉拔工艺
GB/T4232-93《冷顶锻用不锈钢丝》规定，成品钢丝以软态（R）和轻拉（Q）两种状态交货。软态钢丝最终要进行热处理，对拉拔减面率无特殊要求。轻拉状态钢丝、奥氏体钢丝的减面率一般控制在15%以下，铁素体和马氏体钢丝的减面率也应控制在20%以下。
2.2.5 不锈钢的磁性
磁性是不锈钢标准件厂经常遇到的问题，部分仪器、仪表及电器产品希望使用无磁性标准件，同一钢种生产的标准件在磁性方面往往有很大差别，容易使人产生无所适从的感觉。
300系列（Cr-Ni）奥氏体不锈钢属于无磁性钢，但具体到不同钢号，因成分差异或加工工艺的影响，往往残留或产生一定的磁性。以304为例，奥氏体组织是无磁的，但受成分限制，奥氏体稳定元素含量不足，钢中含有5-10%的δ铁素体。同样因奥氏体不够稳定，冷加工时部分奥氏体转变为形变马氏体。δ铁素体和形变马氏体属强磁性组织，304钢因此呈现不同的磁性。
导磁率（μ）是衡量磁性的技术参数，无磁性有三种标准（在H=16000A/m(200奥斯特)条件下）：μ≤1.875μH/m(1.5Gs/Oe)、μ≤1.5μH/m(1.2Gs/Oe)和μ≤1.275μH/m (1.02Gs/Oe)。仪器仪表标准件的无磁标准μ≤1.275μH/m。一般电器产品用标准件无磁标准μ≤1.5μH/m，广义的无磁标准μ≤1.875μH/m。
μ= B H
式中：B-磁感应强度（T）
H-磁场强度（A/m）
2.2.5.1 成分与磁性
奥氏体钢实现无磁首先要控制化学成分，Post和Eberly提出，300系列钢在常温下获得全奥氏体组织的最低含镍量为：
Ni理论值= （Cr+1.5Mo-20）2
-
Mn
-35C+15
12 2
式中：Cr、Ni、Mn、C均为百分含量，（Cr含量19%，Cr=19），公式适用范围：C: 0.03～0.2% Cr: 14～25% Mn: 0.4～4.0% Ni: 7.5～21%
Si: 0.3～0.5% Mo: 0～3%
对于含氮钢，Binder,Brown和Franks提出的确定最小含镍量公式为：
Ni理论值 = 1.3Cr – 30C – 26N - 11.1
公式适用范围：
C: 0～0.05% Cr: 18～25% N: 0～0.15% Ni: 9～25%
对于同时含铜和氮的钢，Criffiths和Wright提出最低含镍量的修正公式为：
Ni理论值= （Cr+1.5Mo-20）2
-
Mn
-35C–Cu –27N + 15
12 2
可以用△值（△=Ni实际值-Ni理论值）衡量钢中奥氏体稳定性，△为正数钢在常温下为全奥氏体组织，无磁性。△为负数钢中有δ铁素体组织，呈弱磁性，负值越大磁性越强。304的△值为负数，呈弱磁性，316的△为正数，无磁性。
2.2.5.2冷加工与磁性
奥氏体稳定性差的不锈钢，Md30点比较高，冷加工时容易产生形变马氏体，钢的磁性增强。Post和Eberly测出冷加工率对磁性影响如表2-17。304M的△= -2.9～ -2.45，经试验,冷加工率5～8%时产生较强的磁性。305的△=-0.80，冷加工率20～25%时产生磁性转变。316的△=1.00，冷加工不产生磁性转变。产生磁性转变的钢号冷加工温度越低，形变马氏体量越多，磁性越强。冷加工对磁性的影响随钢的成分波动有相当大的变化。
表2-17 冷加工对不锈钢磁性能的影响
2.2.5.3热处理与磁性
热处理在一定程度上可以降低不锈钢的磁性。304因热处理保温时间不同磁性能变化如表2-18。
表2-18 固溶保温时间对304磁性能影响
高温长时间固溶降低磁性的原因是：钢锭凝固过程中形成的高铬低镍含量的δ相，在固溶时缓慢地分解为γ相（奥氏体相），这种分解很难进行到底。如果采用较大变形量的加工和适当的热处理相结合，促进Cr、Ni的充分扩散，有可能使δ相全部转变成γ相。同一炉钢小规格产品磁性低于大规格产品的原因就在这里。
由于冷加工形成形变马氏体，通过适当热处理也可恢复无磁或弱磁状态。经10～20%冷加工的304，在700℃加热可恢复到原来的μ值。经30～40%冷加工的则需加热到1000℃才能恢复原来的μ值。总之不锈钢冷加工后要恢复无磁状态，热处理温度应该高些，保温时间应长一些。
综上所述，300系列不锈钢的磁性主要取决于化学成分，可以通过调整成分和适当的热处理改善磁性能。对磁性有严格要求的标准件，应该选用奥氏体稳定性比304更好的305、316、310或384钢。
2.2.6 日本几家公司不锈冷顶锻用钢新产品
2.2.6.1大同特殊钢新产品
为改善环境，美化生活，减少维修成本或取消维修，城市建筑和公用设施更多地采用不锈钢标准件取代结构钢标准件。大同为降低标准件材料成本和加工成本，推出几种不锈钢螺栓和螺钉用钢，如表2-19。
表2-19 大同不锈冷顶锻用钢化学成份（wt%）
YUS550高强度螺钉用钢。
结构件连接用10、9级高强度螺栓，原使用SUS630（0Cr17Ni4Cu4Nb）钢，该钢加工难度大，螺栓采用热锻成形，价格高，不利于推广使用，为降低价格，对其成分进行调整，开发了RS479钢。RS479螺栓冷镦成形，强度和耐蚀性能均接近SUS630螺栓水平。
DSN6U为高氮奥氏体钢，经冷加工和时效处理，表面硬度可提高到HV450～670。SUSXM-7钢中C+N降到0.02%左右，其冷加工非常好，能承受大减面率冷拉，冷镦时模具寿命大幅度提高。RS561和YUS270用于制造在高温和强腐蚀性气氛条件下工作的耐温高强度紧固件。