钢线生产工艺

钢丝生产工艺

钢丝是钢材的板、管、型、丝四大品种之一，是用热轧盘条经冷拉制成的再加工产品。按断面形状分类，主要有圆、方、矩、三角、椭圆、扁、梯形、Z字形等；按尺寸分类，有特细<0.1毫米、较细0.1~0.5毫米、细0.5~1.5毫米、中等1.5~3.0毫米、粗3.0~6.0毫米、较粗6.0~8.0毫米，特粗>8.0毫米；按强度分类，有低强度<390兆帕、较低强度390~785兆帕、普通强度785~1225兆帕、较高强度1225~1960兆帕、高强度1960~3135兆帕、特高强度>3135兆帕；按用途分类有：普通质量钢丝包括焊条、制钉、制网、包装和印刷业用钢丝，冷顶锻用钢丝供冷镦铆钉、螺钉等，电工用钢包括生产架空通讯线、钢芯铝绞线等用专用钢丝，纺织工业用钢丝包括粗梳子、综013、针布和针用钢丝，制绳钢丝专供生产钢丝绳和辐条，弹簧钢丝包括弹簧和弹簧垫圈用、琴用及轮胎、帘布和运输胶带用钢丝，结构钢丝指钟表工业、滚珠、自动机易切削用钢丝，不锈钢丝包括上述各用途的不锈钢丝及外科植入物钢丝，电阻合金丝供加热器元件、电阻元件用，工具钢丝包括钢筋钢丝和制鞋钢丝。

（钢丝(steel wire)以热轧盘条为原料通过拉拔(见金属丝拉拔)或冷轧(见钢丝冷轧)生产而得到的一般成盘交货的钢材。发展概况早在公元前3000多年就有了金银等软金属拉成的金属丝，且在公元前17世纪已获得了较广泛的应用。初期的金属丝拉拔依靠人力，约在1350年建成了第一台水力驱动的拉拔装置。16世纪出现了生产(熟)铁丝的工场。中国明代宋应星《天工开物》《锤锻》篇记载的抽线琢针工艺，反映了中国古代拉丝和渗碳热处理技术。主要工序是:将熟铁锻成细条，经穿孔铁模具拉拔成丝，剪断，“搓”削，穿眼成为针形，然后放在铁锅内缓慢翻炒使之退火，再用松木、木炭、豆豉做渗碳剂拌以细泥，将针覆盖加热进行渗碳，最后将针在水中淬硬。钢丝的生产随着现代炼钢和轧钢技术的出现而得到了发展。1927年应用于生产的硬质合金模也为钢丝生产的发展创造了条件。1854年由豪斯福尔(J .Hosfall)发明的索氏体化热处理工艺，则为高碳钢丝的生产奠定了基础。近代由于钢的精冶炼技术、高速无扭线材轧制和控制轧制、轧制冷却技术的发展，作为钢丝原料的盘条产量上升、品种增加、质量提高和盘重利用摆动作用拉拔金属丝使用绞盘的拉拔装置不断加大，同时拉丝、热处理、表面处理、制模的设备工艺以及润滑剂的制备也都取得了重大的技术进步，这些大大推动了钢丝生产的发展。据统计1986年美国、日本和联邦德国的盘条产量分别占钢产量的 6.7%、8.0%和10.2%，且多将盘条深加工成钢丝及其制品使用(如日本的比重为74%)。中国从1949年特别是1978年以来，钢丝及其制品的生产有了很大的发展，到80年代末，有关钢丝及钢丝制品的生产工厂约600家，其中重点厂约140家，年生产能力为300万t左右。

当今钢丝生产正在朝着精料、大盘重、高速、连续化和节能降耗的方向发展。(1)精料即要求提供低(无)偏析、内部组织高度洁净、尺寸精度更高、轧后控制冷却和少(无)鳞的盘条，以适应高速拉拔、强化变形、进一步提高拉拔效率利用线轴的缠绕拉拔细丝摆动式水力传动的拉拔装置和钢丝性能以及简化拉丝生产工艺的需要。(2)大盘重指适当地增加盘条的盘重。盘条的盘重对线材轧机和钢丝的生产都有影响。适当地增加盘条的盘重，线材轧机的小时产量和金属收得率能够提高，同时为钢丝生产连续化、高速化、增加产量、节约投资、提高劳动生产率和降低消耗创造了条件，也为提高钢丝质量提供了保证。盘条的盘重在20世纪初约为80--90kg，到80年代末已增加到2000---2500kg。(3)高速即要求进一步提高拉拔速度以增加拉丝机的产量。目前的最高拉拔速度约为:拉拔粗丝(直径3--4mm)500---720m/min;拉拔中等直经丝(直径为l.5--3mm)700---900m/min;拉拔细丝(直径为0.5~ 1.5mm)120--1500m/min;拉拔较细丝(直径为0.1 --0 .5mm)1500--2500m/min。(4)连续化即将拉丝生产的全部或部分工序衔接抽线琢针起来，组成连续生产作业线，现已有多种这样的作业线用于生产。随着盘条盘重的增加、拉丝机结构的完善和速度的提高以及热处理和表面处理技术的进步，目前已有多种连续作业线在生产上应用，如酸洗--磷化--蘸硼砂--烘干的酸洗连续作业线;热处理---酸洗连续作业线;热处理---酸洗---镀层连续作业线;机械除鳞---酸洗---涂层---拉拔---热处理---酸洗----涂层连续作业线; 机械除鳞----酸洗---拉拔连续作业线和拉拔---散圈热处理---表面处理连续作业线等。采用连续作业方式时，机组占地面积小，生产效率高，可节省中间运输和相应设施，也有利提高产品质量，因此是目前钢丝生产发展方向之一。(5)节能降耗即要求进一步节约能源、降低金属及各种辅助材料的消耗。采用精料、大盘重料、高速拉拔和生产过程的连续化都具有节能降耗作用。此外，用

机械除鳞、电解酸洗、振动酸洗或超声波酸洗取代普通的化学酸洗(见酸洗)，都有助于降低金属消耗和酸耗。在热处理中推广明火加热和电接触加热，不仅可以提高热处理速度和炉子生产率，还可以增加热效率和降低能耗。塑性加工钢丝通过拉拔(冷拔、温拔)或冷轧加工，而以冷拔为主。温拔主要用来拉拔难变形的钢丝。钢丝冷轧是正在开发中的新的钢丝加工方法。钢丝的冷拔在室温下进行，属于在再结晶温度下变形的冷加工。同热轧钢材相比，冷拔钢丝的特点是:(1)能获得断面尺寸更小的钢材，最小直径可达0.00lmm;(2)可提高产品的尺寸精度和减小表面粗糙度;(3)通过冷拔或冷拔与热处理相结合可改善产品的力学性能。

品种钢丝的品种规格很多，在国民经济各部门有广泛的应用，一般按其横截面形状、尺寸、化学成分、最终热处理(交货状态)、力学性能(抗拉强度)、表面状态、塑性变形种类和用途进行分类: (1)按横截面形状分有:圆形，带圆角扁(轧平)形，方形，矩形，三角形，六角形，椭圆形，弓形，半圆形，扁形，梯形，Z 字形，周期断面以及特殊断面等。(2)按尺寸(直径)分有:特细钢丝(<0.lmm)，较细钢丝(0.1--<0.5mm)，细钢丝(0.5--< 1.5mm)，中等钢丝(1.5~3.0mm)，粗钢丝(>3.0 ~6.0mm)，较粗钢丝(>6.--8.0mm)，特粗钢丝(>8.0mm)。

(3)按化学成分分有:低碳钢丝(含碳量簇0.25%)，中碳钢丝(含碳量>0.25%~0.60%)，高碳钢丝(含碳量>0.60另)，低合金钢丝〔含合金元素(碳除外)成分总量<2.5%〕，中合金钢丝[含合金元素(碳除外)成分总量由2.5%~10.0%〕，高合金钢丝[含合金元素(碳除外)成分总量>10.0%。(4)按最终热处理(交货状态)分有不经热处理的、回火的、退火的、淬火并回火的以及索氏体化处理的钢丝。(5)按力学性能(抗拉强度)分有:低强度钢丝(<39oMPa)，较低强度钢丝(390~785MPa)，普通强度钢丝(>785--1230MPa)，较高强度钢丝(>1230~1960MPa)，高强度钢丝(>1960--3140MPa)，特高强度钢丝(>3140MPa)。(6)按表面状态分有抛光的、磨光的、光面(变形后表面无补充加工)的、酸洗的、氧化处理(表面有氧化颜色)的、粗制(表面有氧化铁皮层)的以及有镀层(镀锌、镀锡、镀铜、镀黄铜、镀青铜、镀镍、镀铝及其他镀层)的钢丝。(7)按塑性变形种类分有冷拔钢丝、温拔钢丝、冷轧钢丝等。(8)按用途分有:普通质量的钢丝:一般用途，焊接用，补焊用，线用，钎焊用，包扎用，开口销用，制网用，制钉用，链条用，包装用，印刷业用; 冷顶锻钢丝:铆钉用，螺栓用，其他用途用; 电工用钢丝:钢芯铝绞线用，恺装电缆用，电缆用，电枢扎线用，架空通讯线用，铁质多股导线; 纺织业用钢丝:粗梳子用，梳棉机用，综统用，线轴用，针排用，梳子用，针用; 钢丝绳钢丝:钢绳用，幅条用，信号机用; 弹簧钢丝:各种弹簧用，弹簧垫圈用，弦用，轮胎制鞋用钢丝:螺丝用，扁平丝用; 结构钢丝:钟表工业用，自动机床易切削用，滚珠用，其他用途用; 工具钢丝; 钢筋钢丝:混凝土结构用低碳钢丝，预应力混凝土结构用:丝锥用，零件用，制针用; 不锈及电阻合金丝:加热器元件用，电阻元件用，耐腐蚀零件用。）

钢丝的生产

钢丝生产的主要工序包括原料选择、清除氧化铁皮、烘干、涂层处理、热处理、拉丝、镀层处理等。

原料选择

（钢丝原料(raw material of steel wire)供生产钢丝用的成卷热轧圆钢，一般称为盘条或线材。直径通常为5.5~19mm，其下限是热轧产品的最小尺寸。盘条按钢种分为碳素钢盘条和合金钢盘条，而碳素钢盘条又有硬线与软线之分。盘条的质量直接影响拉丝过程、产品质量及生产的经济效益，因此对它们有严格要求，包括尺寸精度、盘重、表面状态、化学成分和内在质量。尺寸精度包括断面尺寸精度(直径偏差和不团度)及沿盘条全长上尺寸的一致性两个方面。为了减少拉拔时钢丝的不均匀变形、拉丝模的不均匀磨损、断丝以及防止成品丝的性能不均，要求盘条有足够的尺寸精度。盘重是指一卷盘条的重量。使用大盘重盘条时，生产过程中可不接头或少接头，是拉拔过程连续化、高速化及提高生产效率和产品质量的重要条件。随着盘条生产技术水平的不断提高，盘重已经由历来的100--900kg，增加到了近年来的2000~2500kg。但如果盘重过大，由于必须有与之相应的起重、酸洗、镀层及盘卷运输等设备，并不合理。表面状态涉及表面质量、脱碳层深度和氧化铁皮等3方面。通常要求盘条表面不得有裂纹、折登、耳子、结羌以及其他有害缺陷。对于制作重要用途钢丝或性能要求很高的钢丝(如冷顶锻钢丝、琴钢丝)的盘条，要求对其端部取样，经酸洗检查，并明确规定了缺陷的允许深度。含碳量>0.6%的盘条应进行脱碳层深度的检查。盘条表面氧化铁皮特别是其中难溶于酸的Fe3O4 的含量应尽量少，以降低金属消耗、减少酸洗时间与酸耗。为此，目

前已普遍采用盘条轧后的控制冷却技术(见线材控制冷却)，使氧化铁皮控制在10kg/t以下。化学成分及内在质量化学成分对钢的内部组织、性能及成品质量起决定作用，因此盘条用钢的化学成分必须严格符合规定。影响盘条内在质量的内部缺陷，主要是缩孔、跳松、气泡、非全属夹杂、偏析及过热等，它们的存在对钢丝特别是细钢丝的拉拔以及成品的质量极为不利。因此应尽量减少原料的内部缺陷，尤其要降低偏析与夹杂，进一步提高钢的纯洁度。影响盘条内在质量的还有内部组织。碳素钢盘条用普通热轧工艺生产时，轧后成卷自然冷却，内部组织一般为粗大的珠光体与铁素体，冷加工性能较差。用高速无扭轧机生产的线材(见高速无扭线材轧制)，轧后普遍进行控制冷却，冷却后可得到索氏体组织，晶粒大大细化，其冷加工性能有明显改善，也有利于进一步提高成品丝的综合力学性能，因此可为钢丝生产提供更理想的原料，目前已成为线材生产的主流。）

清除氧化铁皮是指去除盘条或中间线坯表面的氧化铁皮，目的是防止拉拔时氧化铁皮损伤模具和钢丝表面，为后继的涂层或镀层处理准备良好的表面条件以及减小拉拔时的摩擦降低拉拔力。清除氧化铁皮的方法有化学法和机械法两大类。

（除鳞(descahng)是指清除金属表面氧化铁皮的操作。作为钢材加工前的准备工序，广泛地应用于轧制特别是冷轧和拉拨生产中。清除表面氧化铁皮的主要目的是:(1)暴露表面缺陷便于清理;(2)光洁表面，防止在加工时产生缺陷，保证产品质量;(3)降低摩擦系数，以减少能耗与工具磨损等。除鳞有机械法和化学法两类。

机械法是对金属坯料施加外力以去除其表面氧化铁皮。机械除鳞常在钢料表面质量要求不高或作为辅助除鳞的情况下使用。常用的机械除鳞法有线材的反复弯曲法、板带和线材的抛丸处理法和喷砂处理法以及高压水除鳞法(见板坯除鳞)等。用钢丝刷或皮带研磨钢材表面是用于拉拔生产的机械除鳞法。机械除鳞法的优点是:金属损失少;不产生氢脆;劳动条件好;氧化铁皮易回收利用;成本较低。缺点是表面氧化铁皮不易清除彻底，铁屑散失污染工作场地。

将金属材料通过化学的或电化学的方法以去除表面氧化铁皮的工序称为化学除鳞。化学除鳞主要用于表面质量要求较高(如冷轧和拉拔生产)的情况和合金钢生产中。化学除鳞可分为酸洗、碱洗和碱一酸复合洗。常用的酸洗方法有硫酸酸洗、盐酸酸洗、电解酸洗和超声波酸洗等。有些合金钢(如不锈钢)氧化铁皮的酸洗则用其他溶液(如王水)清理。化学除鳞方法的优点是表面氧化铁皮清除干净，清理质量较高。不足之处是劳动条件较差，金属和其他材料消耗增加，容易产生氢脆缺陷。

盘条化学除鳞(ehemieal desealing of wire rod)是指用化学或电化学方法清除盘条(线坯)表面的氮化铁皮的工序，是盘条拉拔前的主要表面准备工作之一。除鳞的目的是:(l)防止硬而脆的氧化铁皮在拉拔时增加摩擦并损伤模具和钢丝表面;(2)使润滑涂层(见润滑载体)能和钢的基体很好地结合，改善拉拔时的润滑条件。化学除鳞方法可分为酸洗和碱洗。酸洗即利用酸的腐蚀作用去除盘条表面的氧化铁皮。对于碳钢和低合金钢(含Cr<9%)的盘条使用硫酸酸洗或盐酸酸洗;对于高合金钢和不锈钢盘条使用两酸(盐酸+硫酸)、三酸(盐酸+硫酸+硝酸)或氢氟酸与硝酸等的复合酸酸洗。硫酸酸洗时氧化铁皮通过下列主要反应清除，其中机械剥离起主要作用。(1)溶解于酸中。氧化铁皮一般由FeO、Fe2O3和 Fe304组成，它们能在酸中溶解，特别是FeO溶解快，其反应如下: Fe+H2SO4--FeSO4+H2 (2)机械剥离。酸洗时，酸液在直接溶解氧化铁皮的同时，还透过氧化铁皮的裂缝、孔眼与钢的基体发生作用而产生氢气: Fe+H2SO4--FeSO4+H2，氢气具有一定的压力，能使脆性的氧化铁皮机械剥离;(3)还原作用。高价氧化物被氢原子还原成碱性更强、更能与酸作用的氧化亚铁，加速酸洗过程。为了减少酸洗时金属铁的腐蚀和防止钢丝出现氢脆，在酸洗溶液中要加入一定量的缓蚀剂。硫酸的价格便宜，对脆性氧化铁皮有良好的剥离作用，耗酸少，可通过提高温度维持酸洗的作用，析出的酸雾刺激作用小，废酸中的硫酸亚铁利用价值较高; 但对基体的侵蚀较大，容易产生氢脆，酸洗后钢丝表面较暗，酸洗速度较慢。使用硫酸酸洗时，酸液必须加热。目前在普通硫酸酸洗的基础上发展了电解酸洗、振动酸洗和超声波酸洗等，以加快酸洗速度、减少酸和金属的消耗以及改善酸洗后钢丝的表面质量。硫酸和盐酸酸洗的用途、工艺参数及特点.盐酸酸洗的机理与硫酸酸洗类似，但以溶解为主，其用途、工艺参数及特点见表。盐酸酸洗一般不必加热，速度快，表面光洁，不易产生过酸洗和氢脆，但成本高，盐酸易挥发，逸出的氯化氢与水汽形成的酸雾有强烈的刺激性和较大的腐蚀性，废