CN101403119B - 用77MnA钢生产高强度钢绞线工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用77MnA钢生产高强度钢绞线工艺，包括原料选择、线材表面处理、拉拔、脱脂、助镀、热镀锌、绞制工序，线材表面处理工序中所用的盐酸浓度为15％—20％，酸洗时间为8-12min，磷化温度为60℃—75℃，磷化酸比10-15，磷化时间10-15min，磷化膜厚度大于或等于11μm；拉拔工序采用LT-9/560重型水箱拉丝机进行拉丝；脱脂工序采用灼烧方式脱脂，铅液温度在410℃—430℃之间；助镀工序中采用氯化氨和氯化锌混合助镀液；热镀锌工序中锌液温度在460℃±5℃；镀锌后采用燃烧的木炭加凡士林抹拭钢丝，同时利用风冷和水冷进行冷却；在绞制工序中，压线模采用胶木压线模。

Description

用77MnA钢生产高强度钢绞线工艺

技术领域

本发明涉及一种钢绞线生产工艺，特别是用77MnA钢生产高强度钢绞线工艺。

背景技术

高强度电力电讯用热镀锌钢绞线(以下简称高强度钢绞线)是指符合GB/T3428-2002标准中高强度镀锌钢线要求的产品。相对于普通强度的钢绞线，其1％伸长应力和抗拉强度都有较大幅度提高。普通强度钢绞线一般用65钢线材生产，其1％伸长应力和抗拉强度等性能指标都能达到普通强度标准需求。高强度钢绞线由于在强度上提高的幅度较大，必须选择新的钢种和新的生产工艺来进行生产。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用77MnA钢生产高强度钢绞线工艺，其工艺步骤合理，易于操作，用其生产的钢绞线强度高，产品质量好。

本发明的目的是这样实现的：一种用77MnA钢生产高强度钢绞线工艺，依次包括下列工序：原料选择、线材表面处理、拉拔、脱脂、助镀、热镀锌以及绞制工序，其中线材表面处理工序采用磷化工艺，该磷化工艺流程依次为：盐酸洗→水漂洗→高压水冲洗→磷化→水洗→皂化→烘干，其中：盐酸洗步骤所用的盐酸浓度为15％～20％，在室温条件下对线材酸洗时间为8～12min，盐酸中亚铁离子浓度控制在小于或等于200g/L；磷化步骤的磷化温度为60℃～75℃，磷化酸比10～15，磷化时间10～15min，控制磷化膜厚度大于或等于11μm；拉拔工序采用LT-9/560重型水箱拉丝机进行拉丝；脱脂工序采用灼烧方式来脱脂，即利用熔融的高温铅液对线材进行灼烧脱脂，铅液温度控制在410℃～430℃之间；助镀工序中采用氯化氨和氯化锌混合助镀液，二者的重量比为ZnCl₂：NH₄Cl＝1：3，该混合助镀液的浓度为8％～12％，PH值为4～5，其中的亚铁盐浓度小于或等于10g/L，助镀时，该混合助镀液温度需大于或等于60℃，助镀步骤中的烘干温度应大于或等于150℃；在热镀锌工序中需要进行镀前钢丝表面处理，其流程依次为：放线→铅浴→水洗→酸洗→水洗→助镀，该工序中锌液温度控制在460℃±5℃；镀锌后采用木炭加凡士林抹拭钢丝，所用木炭颗粒粒度为2mm～3mm，将木炭和凡士林搅拌均匀后点燃并使之处于燃烧状态；在钢丝引出路径上分别设置水冷喷嘴和风嘴，同时利用风冷和水冷对钢丝进行冷却；在绞制工序中，钢绞线压线模采用胶木压线模，其孔径为钢绞线直径的0.9～1倍，压线模工作段的长度为140～160mm。

本发明工艺与现有的用65钢生产钢绞线工艺相比，从实际生产工序的各个步骤入手对生产工艺特别是其中各工序中的各个关键细节参数进行了全面优化，着重突出了本发明的工艺特点：首先从原料选择出发，选择77MnA钢种作为原料，该钢种中的碳含量更高，并增加了合金元素含量，能提高所产钢丝的强韧性。然后根据77MnA钢种的特点，对线材表面处理工序进行了优化，着重优化了其磷化工艺，增加了磷化膜厚度，从而更有利于对线材进行拉拔。继而采用重型水箱拉丝机对线材进行拉拔，能更好地确保拉拔后钢丝的性能要求和表面质量；对脱脂工序采用灼烧脱脂方式，既能保证钢丝的表面清洁，又能减少漏镀缺陷。助镀工序采用了复合助镀剂，大大提高了锌层和钢丝基体的结合力，确保了钢丝锌层质量。在热镀锌步骤中，木炭抹拭时处于燃烧状态，能隔绝和消耗空气中的氧气，防止锌与氧的反应；钢丝冷却采用水冷加风冷的形式，可以使钢丝镀锌层迅速冷却，减少高温下在空气中的氧化，得到表面质量较好的钢丝。在绞制工序中，采用的胶木压线模比橡胶压线模更耐磨，并增加了工作长度，减少了绞制后钢丝产生松股的缺陷。

本发明工艺中的各个参数都是经过发明人大量创造性劳动、反复试验总结出来的，虽然以现有65钢绞线生产工艺为参照，但在这个基础上又不断完善、提高和发展出了本发明工艺，其中的每个环节、每个参数都对本发明钢绞线的产品质量有着重大的影响，不是通过简单推理就能轻易得出来的。本发明工艺步骤合理，易于操作，用其生产的钢绞线强度高，产品质量好，生产成本低廉。

具体实施方式

1、原料选择

原料性能和化学成分的要求：

(1)强度范围1100～1200MPa，强度偏差≤50MPa。

(2)延伸率≥15％，面缩率≥45％。

(3)索氏体化率≥85％。

(4)钢中全氧含量≤30ppm，氮含量≤50ppm。

(5)中心偏析≯1.5级，A类夹杂物等级≯1.5级。

(6)晶粒度8.5级。

(7)铬含量0.14％～0.24％。

(8)铜含量≤0.12％。

(9)直径偏差≤±0.3mm，不圆度≤0.3mm。

(10)不得有标准规定的其它缺陷。

根据上述要求，选择的钢种为77MnA。

原料化学成分的要求具体见表1。

表1高强度钢绞线原料的化学成分要求

2、线材表面处理

线材表面处理采用磷化工艺。磷化是一种常用的金属表面处理工艺，广泛用于中高碳钢盘条拉拔前的润滑涂层。其工作原理是盘条表面在磷化液的化学和电化学作用下，形成一层磷酸盐薄膜，这层薄膜的微观组织呈多孔性，可以在后续的拉拔过程中使润滑剂附着在孔隙中，从而使钢丝基体与拉拔模具之间形成润滑膜，起到良好的润滑效果。

选取的磷化工艺流程为：盐酸洗→水漂洗→高压水冲洗→磷化→水洗→皂化→烘干。具体工艺参数如下：

(1)盐酸浓度15％～20％。

(2)酸洗温度为室温。

(3)酸洗时间约10min。

(4)酸中亚铁离子浓度≤200g/L，如盐酸中亚铁离子浓度可以为150g/L。

(5)采用中温磷化，磷化温度60℃～75℃，优选磷化温度为70℃。

(6)磷化酸比10～15，优选磷化酸比为12；

(7)磷化时间10～15min，优选磷化时间为13min。

(8)磷化膜厚度≥11μm，优选磷化膜厚度等于13μm。

由于增加了磷化膜厚度，使得磷化膜内能够得以容纳更多的润滑剂，从而更有利于对线材进行拉拔。

3、拉拔

拉拔采用LT-9/560重型水箱拉丝机。这种拉丝机冷却效果较好，钢丝表面质量较好，并能确保钢丝的力学性能。

对钢丝进行拉拔时，道次压缩率小于或等于20％。

以Ф6.5mm线材拉拔Ф3.07mm钢丝为例，配模工艺见表2。

表2Ф3.07mm钢丝配模工艺

道次	1	2	3	4	5	6	7	8	9
										规格	5.82	5.32	4.86	4.44	4.09	3.76	3.46	3.19	2.98
部分压缩率	19.8％	17.2％	16.5％	16.5％	15.1％	15.5％	15.3％	15.0％	12.7％

在配模工艺上选择了较小的道次压缩率，原因是因为77MnA钢种强度较高，塑性较差，若压缩率过大，会致使钢丝加工硬化趋势更明显，对钢丝韧性和塑性不利。同时过大的压缩率有可能造成模具的损伤，影响钢丝外观质量。

4、脱脂

采用灼烧方式来脱脂。具体做法是设置一座铅锅，利用熔融的高温铅液灼烧脱脂。由于铅的比重较大，还可对钢丝表面进行抹拭。铅液温度控制在410℃～430℃之间，优选铅液温度为420℃。实际使用中，灼烧脱脂效果较化学脱脂为好，基本杜绝了因为脱脂问题产生的漏镀缺陷。

5、助镀

助镀又称溶剂处理，是钢丝热镀锌时的一种特殊处理方式。其目的是去除钢丝在酸洗后和水洗后表面形成的氧化物和氢氧化物，预防钢丝进入锌锅时产生表面氧化，去除钢丝入锌锅处的锌液表面的氧化锌。其作用机理是在钢丝表面形成一层薄的溶剂膜，隔绝空气，防止氧化；同时溶剂膜在遇到高温时迅速气化，可以将锌液表面的氧化物吹拂掉，从而保证钢丝表面的洁净，并使锌液充分润湿钢丝，形成光滑的镀锌层。因此这层溶剂膜的形成质量至关重要，为此，实际采用的助镀工艺参数如下：

(1)采用氯化氨和氯化锌混合助镀液，重量比为ZnCl₂:NH₄Cl＝1：3。

(2)助镀液浓度为8％～12％，pH值4～5。

(3)助镀液温度≥60℃。

(4)助镀液中的亚铁盐浓度≤10g/L。

(5)烘干温度≥150℃。

6、热镀锌

热镀锌工序不但是高强度钢绞线质量控制的关键环节，也是生产成本控制的重要环节。验证热镀锌钢丝镀层质量好坏的的主要指标有：锌层重量、锌层的均匀性、几何尺寸、锌层的附着性和表面质量等。这些指标跟镀前钢丝表面处理、钢丝浸锌时间、收线速度、锌液温度、抹拭工艺、钢丝张力控制、锌压辊状态等密切相关。特别是对锌液温度的控制尤其重要，既不能太高也不能太低。该工序的工艺参数如下：

(1)镀前钢丝表面处理工艺流程：放线→铅浴→水洗→酸洗→水洗→助镀；

(2)锌液温度控制在460℃±5℃；

(3)不同钢丝镀锌时间如表3。

表3不同规格的钢丝镀锌时间

钢丝直径/mm	1.8	2.0	2.3	2.6	2.8	3.0	3.2	3.6	3.8
										浸锌时间/s	6.9	7.7	8.6	9.9	11.2	12.0	12.9	15.5	17.2

(4)镀锌后采用木炭加凡士林抹拭钢丝。木炭颗粒粒度2mm～3mm，并掺入一定量的机油和凡士林，搅拌均匀后先预热至100℃左右再进行使用，木炭颗粒在钢丝引出处的堆积高度为50mm～80mm，并使机油和凡士林处于燃烧状态，以消耗和隔绝空气，防止锌层氧化。

(5)钢丝采用工字轮被动放线，工字轮放线轴上安装有可微调的阻尼装置，保证每根钢丝运行中张力均匀一致。

(6)采用内加热形式的陶瓷锌锅。

(7)在钢丝引出路径上分别设置水冷喷嘴和风嘴，同时利用风冷和水冷对钢丝进行冷却；即钢丝引出后约500mm处设置一道水冷喷嘴，并在其下方设置风嘴。

(8)锌层厚度按照用65钢生产钢绞线的生产标准进行控制。

7、绞制

钢丝镀锌后，还需要进行绞制，即将7根钢丝捻为一股。绞制工序应注意以下质量问题：

(1)钢绞线上下压线模的轴向中心要与管绞机中心线吻合，上下压线模进口圆弧应与钢丝收口角度偏差不大，压线模孔径略小于需要绞制的钢绞线，并及时更换磨损过度的压线模。根据现场经验，压线模孔径为钢绞线直径的0.95倍左右，工作段的长度取140～160mm，优选长度为150mm。

(2)各根钢丝放线张力一致，并保证放线顺畅。各根钢丝放线张力不一致易产生因钢丝松紧度不同而导致的钢绞线蛇形弯曲。这样的钢绞线在受力时，各根钢丝受力状态不一致，形成平面错位，严重影响其力学性能。

(3)管绞机托辊位置应调整合适，以达到防止震动或者偏心的目的为准。

(4)矫直器调整合适，在前两道采用较大的压下量，然后逐渐减小以后各道次压下量，使钢绞线逐渐平直。否则会导致钢绞线中心丝伸直性不好，影响钢绞线结构的紧密性。

用本发明工艺生产的高强度钢绞线相对于普通强度钢绞线，其1％伸长应力和抗拉强度都有较大幅度提高。其性能主要区别见表4。

表4普通强度和高强度产品性能要求区别

Claims (3)

1.一种用77MnA钢生产高强度钢绞线工艺，包括下列工序：原料选择、线材表面处理、拉拔、脱脂、助镀、热镀锌、绞制，其特征在于：

a、线材表面处理工序采用磷化工艺，该磷化工艺流程依次为：盐酸洗—水漂洗—高压水冲洗—磷化—水洗—皂化—烘干，其中：盐酸洗步骤所用的盐酸浓度为15％—20％，在室温条件下对线材酸洗时间为8-12min，盐酸中亚铁离子浓度控制在小于或等于200g/L；磷化步骤的磷化温度为60℃—75℃，磷化酸比10-15，磷化时间10-15min，控制磷化膜厚度大于或等于11μm；

b、拉拔工序采用LT-9/560重型水箱拉丝机进行拉丝；

c、脱脂工序采用灼烧方式来脱脂，即利用熔融的高温铅液对线材进行灼烧脱脂，铅液温度控制在410℃—430℃之间；

d、助镀工序中采用氯化氨和氯化锌混合助镀液，二者的重量比为ZnCl₂:NH₄Cl＝1:3，该混合助镀液的浓度为8％-12％，PH值为4—5，其中的亚铁盐浓度小于或等于10g/L，助镀时，该混合助镀液温度需大于或等于60℃，助镀步骤中的烘干温度应大于或等于150℃；

e、在热镀锌工序中需要进行镀前钢丝表面处理，其流程依次为：放线—铅浴—水洗—酸洗—水洗—助镀，该工序中锌液温度控制在460℃±5℃；镀锌后采用木炭加凡士林抹拭钢丝，木炭颗粒粒度2mm～3mm，将木炭和凡士林搅拌均匀后点燃使之处于燃烧状态；在钢丝引出路径上分别设置水冷喷嘴和风嘴，同时利用风冷和水冷对钢丝进行冷却；

f、在绞制工序中，钢绞线压线模采用胶木压线模，其孔径为钢绞线直径的0.9-1倍，压线模工作段的长度为140—160mm。

2.根据权利要求1所述的用77MnA钢生产高强度钢绞线工艺，其特征在于：在线材表面处理工序中在室温条件下对线材酸洗时间为10min，盐酸中亚铁离子浓度控制在150g/L；磷化步骤的磷化温度为70℃，磷化酸比12，磷化时间13min，控制磷化膜厚度等于13μm；脱脂工序中铅液温度控制在420℃；在绞制工序中，压线模工作段的长度为150mm。

3.根据权利要求1所述的用77MnA钢生产高强度钢绞线工艺，其特征在于：在拉拔工序中，对钢丝进行拉拔时，道次压缩率小于或等于20％。