CN102928338B - 一种用于极细高强钢丝内部缺陷在线过滤方法 - Google Patents

Abstract

一种用于极细高强钢丝内部缺陷在线过滤方法，直径小于0.3mm、抗拉、屈服强度大于3000MPa的钢丝自钢丝成品模出口的牵引轮经过过线轮进入到收线装置收线，期间钢丝通过可控制钢丝张力的张力轮，对钢丝施加的张力F，张力F在F1和F2之间，F1＝Rp0.2’/(π/4xD²)，F2＝Rm”/(π/4xD²)，D为钢丝直径，Rp0.2’为正常钢丝的屈服强度；Rm”为含尺寸15μm夹杂物缺陷钢丝的抗拉强度；若在此张力范围下，钢丝发生断丝，则判定该钢丝内部含有尺寸超过15μm夹杂物缺陷。本发明可将钢丝中存在夹杂物缺陷以断丝的形式拦截下来，解决了现有无法通过在线检测发现并过滤极细钢丝内部大尺寸夹杂物缺陷的难题。

Description

一种用于极细高强钢丝内部缺陷在线过滤方法

技术领域

本发明涉及钢丝半无损在线缺陷过滤技术，具体涉及一种用于极细高强钢丝内部缺陷在线过滤方法，可在线过滤内部包含尺寸超过15μm夹杂物缺陷的极细高强钢丝。

背景技术

当今金属无损检测技术有射线检测、超声检测、磁粉检测、渗透检测和涡流检测五种主流技术。主要针对的都是较大尺寸的金属零件、金属板材。能用于金属线材检测的仅有涡流探伤检测，且线材直径一般都在5mm以上。世界上迄今为止有报道的能在线检测的最细钢丝直径都在1mm以上。对于直径在0.3mm以下的钢丝内部缺陷的在线检测及过滤，迄今为止还是空白。

由于钢材内部的夹杂物缺陷，或多或少都不可避免的存在，当高强度极细钢丝内部夹杂物缺陷大于一定程度后，在钢丝的后续使用中将会发生断丝，进而产生一定的生产、或使用、或安全上的损失。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于极细高强钢丝内部缺陷在线过滤方法，能及时发现钢丝内部的尺寸超过15μm夹杂物缺陷，让钢丝缺陷在专门控制的工序上发生断裂，让缺陷不再流向下游工序，将有效地减少因为钢丝内部缺陷造成的损失。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

本发明利用不同程度缺陷的钢丝的破断拉力和屈服力具有较大不同的特性，通过控制钢丝弹塑性形变，使内部含缺陷程度超过要求的钢丝发生断裂，进而将钢丝中需要过滤的特定程度范围的缺陷以断丝的形式拦截下来。

具体地，本发明的一种用于极细高强钢丝内部缺陷在线过滤方法，极细高强钢丝直径小于0.3mm、抗拉、屈服强度大于3000MPa，极细高强钢丝自钢丝成品模出口的牵引轮经过过线轮进入到收线装置收线，期间钢丝通过可控制钢丝张力的张力轮，对钢丝施加的张力F，张力F在F1和F2之间，F1＝Rp0.2’/(π/4xD²)，F2＝Rm”/(π/4xD²)，其中，D为钢丝直径，mm，Rp0.2’为已确定为正常钢丝的屈服强度，MPa；Rm”为已有的内部含尺寸15μm夹杂物缺陷钢丝的抗拉强度，MPa；若在此张力范围下，钢丝发生断丝，则判定该极细高强钢丝内部含有尺寸超过15μm夹杂物的缺陷。

进一步，极细高强钢丝进入电磁张力轮前先经过弯曲矫直器，使极细高强钢丝拉伸与弯曲组合受力。

另外，对应钢丝还设置钢丝张力在线检测仪及相应的张力控制可编辑程序控制器器，所述的张力轮电性连接张力控制可编辑程序控制器器，以此控制调节张力大小。

钢丝强度高于3000MPa时，钢丝力学性能之一的屈强比，即屈服强度Rp0.2和抗拉强度Rm的比值，会超过90％以上。因此，只有当钢丝受力达到破断拉力90％以上，钢丝才会发生塑性变形。而钢丝发生塑性变形之后，钢丝内部的缺陷才开始迅速扩展，并可能导致断丝，断丝时的强度就是抗拉强度。

当钢丝内部缺陷程度不同时，其屈服强度和抗拉强度不同。缺陷程度越严重，屈服强度和抗拉强度越低。由于高强度钢丝的屈强比很高，因此不同缺陷程度的钢丝的屈服强度与抗拉强度之间的区间可以不相重叠。如果钢丝受力处于两个区间之间，则缺陷程度小的钢丝仅发生弹性变形，当应力去除后钢丝回复初始状态；而缺陷程度大的钢丝因为受力大于抗拉强度，钢丝会发生塑性变形并断丝。

参见图1，曲线A是钢丝内部缺陷程度轻，能够满足后续使用的钢丝A；曲线C是钢丝内部尺寸超过15μm夹杂物缺陷，在后续使用会发生断裂的钢丝C；曲线B的抗拉强度Rm(B)小于钢丝A的屈服强度Rp0.2(A)，屈服强度Rp0.2(B)大于钢丝C的抗拉强度Rm(C)，钢丝内部缺陷程度界于钢丝A和C之间。钢丝A、B、C可以是同一根钢丝的不同部分，因此弹性模量相同。

当给钢丝的应力处于Rp0.2(A)与Rm(C)之间，如在Rm(B)和Rp0.2(B)之间时，钢丝A部分仅发生弹性变形，钢丝C部分发生断裂，钢丝B部分发生塑性变形，但不会断裂。当应力去除后，钢丝B由于发生塑性变形，钢丝屈服强度和抗拉强度都会下降，如曲线B’所示。当钢丝A部分和B’部分进入下游使用时，因为屈服强度大于Rm(C)，钢丝不会发生断丝。

通过施加合适的应力，可以将内部尺寸超过15μm夹杂物缺陷，即缺陷程度比钢丝C部分严重的钢丝都以断丝的形式在线过滤下来，剩下的钢丝部分在下游使用时断丝风险将大大降低。

在拉伸与弯曲组合的受力方式下，钢丝横截面上应力为拉应力与剪切力的组合，其中拉伸与弯曲组合的受力图参见图2，发生弹塑性变形及断丝机理同上。

附图说明

图1为本发明实施例的原理图。

图2为本发明钢丝拉伸与弯曲组合的受力图。

图3为本发明实施例的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

参见图3，经过冷拉拔加工的直径为0.12mm，抗拉强度3600MPa，屈服强度3456MPa的高碳低合金钢钢丝进行内部缺陷过滤。钢丝的破断拉力为40.5N，屈服力为39N。

在线过滤设备安装在钢丝成品模1出口的牵引轮2和收线装置7之间，为拉伸与弯曲组合的受力方式，包括钢丝张力在线检测仪3，可以控制钢丝张力的电磁张力轮5，张力控制可编辑程序控制器器PLC8和弯曲矫直器4。

钢丝经过拉拔从拉丝模1中拉出，此时所需拉拔力为12N，钢丝直径达到0.12mm，抗拉强度达到3600MPa。如果钢丝不经过在线过滤装置，将直接从牵引轮2经过过线轮6，进入到收线装置。钢丝在此过程中所受最大张力不大于12N，5000km长的钢丝在此过程中没有断丝发生。

同样的钢丝，当通过钢丝内部缺陷在线过滤装置，即钢丝经过拉拔牵引轮2后，进入到张力在线检测仪3，检测到张力为25N，钢丝在经过七轮弯曲矫直器4，通过钢丝表层发生塑性变形，去除钢丝表面残余应力。矫直器前25N张力是通过电磁张力轮5表面线速度大于牵引轮2表面线速度获得，线速度通过张力控制可编辑程序控制器器8精确控制电磁张力轮5转速控制。

当5000km长的钢丝通过钢丝内部缺陷在线过滤装置时，发生了2次断丝。通过扫描电镜对钢丝断口进行观察和分析，钢丝断口上分别有20μm和25μm大小的非金属夹杂物存在。

经过拉伸试验检测，直径0.120mm的钢丝中存在15μm以上尺寸的非金属夹杂物时，钢丝的破断拉力从40.5N会剧烈下降到20N以下。而此钢丝后续使用过程中钢丝要经受22N左右的张力，因此在后续使用过程中极易造成钢丝断丝。

在后续10万公里的钢丝生产过程中，通过此钢丝内部缺陷在线过滤装置，总计过滤了18次非金属夹杂物断丝，非金属夹杂物尺寸均在15μm以上。经过钢丝内部缺陷在线过滤装置处理的钢丝在后续使用过程中断丝率从平均1万公里一次下降到5万公里一次。

因此运用此钢丝内部缺陷在线过滤装置，在矫直器前张力控制在25N时，可以将直径为0.12mm，抗拉强度3600MPa，屈服强度3456MPa的高碳低合金钢钢丝内部含15μm以上尺寸非金属夹杂物的部分以断丝的形式过滤下来，大大降低钢丝在后续使用过程中发生断丝的风险。

Claims (3)

1.一种用于极细高强钢丝内部缺陷在线过滤的方法，极细高强钢丝直径小于0.3mm、抗拉、屈服强度大于3000MPa，极细高强钢丝自钢丝成品模出口的牵引轮经过过线轮进入到收线装置收线，其特征是，在极细高强钢丝自牵引轮至过线轮期间，钢丝通过可控制钢丝张力的张力轮对钢丝施加张力F，张力F在F1和F2之间，F1＝Rp0.2’/(π/4xD²)，F2＝Rm”/(π/4xD²)，其中，D为钢丝直径，mm，Rp0.2’为已确定为正常钢丝的屈服强度，MPa；Rm”为已有的内部含尺寸15μm夹杂物缺陷钢丝的抗拉强度，MPa；若在此张力范围下，钢丝发生断丝，则判定该极细高强钢丝内部含有尺寸超过15μm夹杂物的缺陷。

2.如权利要求1所述的用于极细高强钢丝内部缺陷在线过滤的方法，其特征是，极细高强钢丝进入电磁张力轮前先经过弯曲矫直器，使极细高强钢丝拉伸与弯曲组合受力。

3.如权利要求1或2所述的用于极细高强钢丝内部缺陷在线过滤的方法，其特征是，对应钢丝还设置钢丝张力在线检测仪及相应的张力控制可编辑程序控制器，所述的张力轮电性连接张力控制可编辑程序控制器，以此控制调节张力大小。