CN110153212A - 冷拔钢丝热挤压包覆方法 - Google Patents

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鲁修宇
张帆
蒋跃东
任安超
李建华
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丁礼权
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Abstract

本发明公开了一种冷拔钢丝热挤压包覆方法，冷拔钢丝和合金杆在进入压膜腔前进行预热处理，同时对压膜腔进行预热处理，且冷拔钢丝预热温度为300～350℃，合金杆预热温度为180～200℃，压膜腔预热温度为350～390℃；预热后的冷拔钢丝和合金杆进入预热后的压膜腔后进行热挤压包覆镀层。通过热挤压包覆工艺替代热浸锌加工过程，减少冷拔钢丝涂镀过程中的受热程度，降低钢丝扭转性能恶化程度，对钢丝的强度和其他力学性能及镀层性能无消极影响，可大幅度提高钢丝性能的合格率；在保证冷拔钢丝扭转≥24圈的条件下，热挤压包覆后镀层钢丝扭转性能≥16圈。

Description

冷拔钢丝热挤压包覆方法
技术领域
本发明涉及钢铁材料生产技术领域，具体涉及一种冷拔钢丝热挤压包覆方法。
背景技术
镀层钢丝由于其良好的耐腐蚀性和性能稳定性而得到广泛的应用，其强度的提高可以降低工程自身重量，并提高工程安全性能，是发展的必然趋势。然而，目前国内高强镀锌钢丝研发速度缓慢，主要限制是镀层钢丝扭转性能不稳定。为了提高钢丝的耐蚀性，必须对钢丝进行涂镀处理，而且对镀层的附着性和均匀性有规定的检验方法，其中镀层附着性要求为：钢丝经5D乘以8圈的缠绕试验后，螺旋圈的外侧镀层没有剥落，或用手指指腹摩擦不产生剥落；镀层均匀性要求为：经硫酸铜溶液浸泡4次(每次时间60s)的钢丝不应出现光亮沉积层和橙红色铜的粘附。目前钢丝的涂镀均为热浸锌处理，冷拔钢丝在450℃锌铝液中浸没时间约1min，冷拔钢丝在热浸锌处理过程中会由于受热而出现珠光体退化分解，最终导致其扭转性能由冷拔钢丝的25次以上大幅度恶化至5次以下。钢丝强度越高，扭转性能在热浸锌过程中的恶化程度越大。因此，高强度钢丝研发的难点主要在于扭转性能的稳定，目前镀层钢丝的扭转性能多为12次以上。
目前大型桥梁的设计对镀层钢丝的强度和扭转性能提出了更高的要求，但是全球生产镀锌钢丝用原材料(桥索盘条)的生产无法满足要求。其主要限制在于镀层钢丝扭转性能不稳定，不能满足桥索要求。镀层钢丝的扭转性能不合是制约桥梁缆索行业进一步发展的瓶颈，提高其扭转性能的需求异常迫切。
发明内容
本发明的目的就是针对上述技术的不足，提供一种大幅度提高镀层钢丝扭转性能(不低于16次)的同时保证其强度和其他性能不受影响的冷拔钢丝热挤压包覆方法，进一步提高生产合格率。
为实现上述目的，本发明所设计的冷拔钢丝热挤压包覆方法，包括如下步骤：
1)冷拔钢丝和合金杆在进入压膜腔前进行预热处理，同时对压膜腔进行预热处理，且冷拔钢丝预热温度为300～350℃，合金杆预热温度为180～200℃，压膜腔预热温度为350～390℃；
冷拔钢丝在进入压模腔前进行预热处理，以保证热挤压包覆过程正常进行，冷拔钢丝预热的温度范围为300～350℃。若冷拔钢丝预热温度过低，冷拔钢丝在进入压模腔后会吸收大量热量，使挤压温度降低，造成挤压力增大，使包覆钢丝表面露钢。若预热温度过高，一方面会使冷拔钢丝抗拉强度降低，造成冷拔钢丝在挤压力和牵引力的作用下被拉断；另一方面，加热温度偏高极易导致冷拔钢丝表面出现氧化，影响钢与合金杆之间的结合力。
合金杆进入压模腔之前需进行预热处理，以保证合金杆顺畅进入压模腔，且进入压模腔后能及时达到熔融态，确保热挤压效果；一般情况下，合金杆预热的温度范围为180～200℃。
而包覆热挤压温度控制尤为关键，包覆前需要对挤压模进行预热，预热温度需达到350℃以上，避免压模腔内部锌铝合金凝固堵塞。另外，在挤压包覆过程中，挤压摩擦产生的巨大热量会使模具温度急剧增加，因此需要控制包覆过程中的上限温度为400℃，以避免因包覆温度增加，造成工装的热膨胀，改变了相关的间隙尺寸，影响包覆质量。
2)预热后的冷拔钢丝和合金杆进入预热后的压膜腔后进行热挤压包覆镀层。
进一步地，所述冷拔钢丝和合金杆在进行预热处理之前对冷拔钢丝和合金杆表面进行清洁，无肉眼可见的杂质或氧化铁皮等，否则将影响冷拔钢丝和合金杆之间的结合力，严重时造成成品线表面露钢。
进一步地，所述步骤2)中，热挤压包覆后钢丝的直径为5.0～7.0mm。
进一步地，所述合金杆为锌铝合金杆。
进一步地，所述步骤1)中，冷拔钢丝预热温度为320～340℃。
进一步地，所述步骤2)中，冷拔钢丝进入压膜腔后冷拔钢丝牵引速度为3.8～5.2m/min；热挤压包覆过程中要注意冷拔钢丝牵引速度，以匹配挤压轮转速，冷拔钢丝牵引速度范围为3.8～5.2m/min。若冷拔钢丝牵引速度偏大，会出现露钢现象；若冷拔钢丝速度偏小，造成合金泄漏量偏大，挤压力增大，严重时造成断线。
进一步地，所述步骤2)中，热包覆过程中压膜腔的温度不大于400℃。
通过热挤压包覆工艺替代传统热浸锌加工过程，减少冷拔钢丝涂镀过程中的受热程度，降低钢丝扭转性能恶化程度。传统热浸锌过程中钢丝的加热温度约450℃，通过热挤压包覆工艺替代传统热浸锌加工工艺，可有效控制钢丝温度在400℃以下，降低钢丝组织中的珠光体退化程度，因此其扭转性能恶化程度显著下降。热挤压包覆工艺生产的镀层钢丝扭转性能大幅度提高的同时，镀层钢丝其他力学性能和耐蚀性能较热浸锌工艺生产的镀层钢丝处于同一水平。
热挤压包覆基本原理为：预热后的合金杆与冷拔钢丝按照一定的速度比例进入压模腔，通过控制压模腔的温度使合金杆在压模腔内部处于熔融状态；熔融态的合金通过冷拔钢丝侧面，与钢丝表面形成完整的覆盖，同时在挤压力和牵引力的作用下，合金与钢丝一起挤出模孔，完成热挤压包覆过程。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1)通过热挤压包覆工艺替代热浸锌加工过程，减少冷拔钢丝涂镀过程中的受热程度，降低钢丝扭转性能恶化程度，对钢丝的强度和其他力学性能及镀层性能无消极影响，可大幅度提高钢丝性能的合格率；
2)钢丝扭转性能改善明显：在保证冷拔钢丝扭转≥24圈的条件下，热挤压包覆后镀层钢丝扭转性能≥16圈；
3)本发明冷拔钢丝热挤压包覆方法操作简便、可行性强，试用范围较广，对于目前市面上的各强度级别和规格的镀层钢丝都有一定的提高和稳定作用。
具体实施方式
下面结合具体实施例和对比例对本发明作进一步的详细说明，便于更清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。
实施例1
直径7.0mm、1770MPa级镀层钢丝的制造
1)选择高碳盘条多道次冷拉拔而成的直径6.9mm的冷拔钢丝为热包覆原材料，冷拔钢丝表面无黑色氧化铁皮质点，扭转次数为28次，强度为1825MPa；并对锌铝合金杆表面进行清洁；
2)冷拔钢丝和锌铝合金杆在进入压膜腔前进行预热处理，同时对压膜腔进行预热处理，且冷拔钢丝预热温度为330℃，锌铝合金杆预热温度为185℃，压膜腔预热温度为360℃；
3)预热后的冷拔钢丝和锌铝合金杆进入预热后的压膜腔后进行热包覆镀层，冷拔钢丝进入压膜腔后冷拔钢丝牵引速度为4.2m/min，且包覆过程中最高温度不超过380℃。
热挤压包覆处理后，镀层厚度为0.05mm，镀层钢丝的直径为7.0mm，抗拉强度为1795MPa，扭转次数为25次，试制7.0mm镀层钢丝力学性能满足1770MPa级桥梁缆索用镀层钢丝的要求。
镀层附着性：镀层钢丝经5D乘以8圈的缠绕试验后，螺旋圈的外侧镀层没有剥落，或用手指指腹摩擦不产生剥落；
镀层均匀性：镀层钢丝经硫酸铜溶液浸泡4次(每次时间60s)的钢丝不应出现光亮沉积层和橙红色铜的粘附。
实施例2
直径6.2mm、1860MPa级镀层钢丝的制造
1)选择高碳盘条多道次冷拉拔而成的直径6.1mm的冷拔钢丝为热包覆原材料，冷拔钢丝表面无黑色氧化铁皮质点，扭转次数为27次，强度为1905MPa；并对锌铝合金杆表面进行清洁；
2)冷拔钢丝和锌铝合金杆在进入压膜腔前进行预热处理，同时对压膜腔进行预热处理，且冷拔钢丝预热温度为335℃，锌铝合金杆预热温度为190℃，压膜腔预热温度为365℃；
3)预热后的冷拔钢丝和锌铝合金杆进入预热后的压膜腔后进行热包覆镀层，冷拔钢丝进入压膜腔后冷拔钢丝牵引速度为4.5m/min，且包覆过程中最高温度不超过385℃。
热挤压包覆处理后，镀层厚度为0.05mm，镀层钢丝的直径为6.2mm，抗拉强度为1885MPa，扭转次数为24次，试制6.2mm镀层钢丝力学性能满足1860MPa级桥梁缆索用镀层钢丝的要求。
镀层附着性：镀层钢丝经5D乘以8圈的缠绕试验后，螺旋圈的外侧镀层没有剥落，或用手指指腹摩擦不产生剥落；
镀层均匀性：镀层钢丝经硫酸铜溶液浸泡4次(每次时间60s)的钢丝不应出现光亮沉积层和橙红色铜的粘附。
实施例3
直径5.0mm、1860MPa级镀层钢丝的制造
1)选择高碳盘条多道次冷拉拔而成的直径4.9mm的冷拔钢丝为热包覆原材料，冷拔钢丝表面无黑色氧化铁皮质点，扭转次数为28次，强度为1915MPa；并对锌铝合金杆表面进行清洁；
2)冷拔钢丝和锌铝合金杆在进入压膜腔前进行预热处理，同时对压膜腔进行预热处理，且冷拔钢丝预热温度为325℃，锌铝合金杆预热温度为195℃，压膜腔预热温度为375℃；
3)预热后的冷拔钢丝和锌铝合金杆进入预热后的压膜腔后进行热包覆镀层，冷拔钢丝进入压膜腔后冷拔钢丝牵引速度为4.6m/min，且包覆过程中最高温度不超过395℃。
热挤压包覆处理后，镀层厚度为0.05mm，镀层钢丝的直径为5.0mm，抗拉强度为1895MPa，扭转次数为25次，试制5.0mm镀层钢丝力学性能满足1860MPa级桥梁缆索用镀层钢丝的要求。
镀层附着性：镀层钢丝经5D乘以8圈的缠绕试验后，螺旋圈的外侧镀层没有剥落，或用手指指腹摩擦不产生剥落；
镀层均匀性：镀层钢丝经硫酸铜溶液浸泡4次(每次时间60s)的钢丝不应出现光亮沉积层和橙红色铜的粘附。
实施例4
直径7.0mm、2000MPa级镀层钢丝的制造
1)选择高碳盘条多道次冷拉拔而成的直径6.9mm的冷拔钢丝为热包覆原材料，冷拔钢丝表面无黑色氧化铁皮质点，扭转次数为25次，强度为2085MPa；并对锌铝合金杆表面进行清洁；
2)冷拔钢丝和锌铝合金杆在进入压膜腔前进行预热处理，同时对压膜腔进行预热处理，且冷拔钢丝预热温度为345℃，锌铝合金杆预热温度为195℃，压膜腔预热温度为385℃；
3)预热后的冷拔钢丝和锌铝合金杆进入预热后的压膜腔后进行热包覆镀层，冷拔钢丝进入压膜腔后冷拔钢丝牵引速度为3.9m/min，且包覆过程中最高温度不超过390℃。
热挤压包覆处理后，镀层厚度为0.05mm，镀层钢丝的直径为7.0mm，抗拉强度为2055MPa，扭转次数为18次，试制7.0mm镀层钢丝力学性能满足2000MPa级桥梁缆索用镀层钢丝的要求。
镀层附着性：镀层钢丝经5D乘以8圈的缠绕试验后，螺旋圈的外侧镀层没有剥落，或用手指指腹摩擦不产生剥落；
镀层均匀性：镀层钢丝经硫酸铜溶液浸泡4次(每次时间60s)的钢丝不应出现光亮沉积层和橙红色铜的粘附。
对比例1
传统工艺制造直径7.0mm、2000MPa级镀层钢丝
1)选择高碳盘条多道次冷拉拔而成的直径6.9mm的冷拔钢丝为热包覆原材料，冷拔钢丝表面无黑色氧化铁皮质点，扭转次数为25次，强度为2085MPa；
2)对冷拔钢丝进行传统热浸锌处理+稳定化工艺处理，其中热镀锌速度为5.2m/min，热浸锌过程中的锌液温度为453℃；稳定化加热温度为405℃，冷却方式为热水冷却，牵引压力为2840kg，拉速为210m/min。
热浸锌处理后，镀层厚度为0.05mm，镀层钢丝的直径为7.0mm，抗拉强度为2035MPa，扭转次数为4次，试制7.0mm镀层钢丝扭转性能不满足要求。

Claims (7)

1.一种冷拔钢丝热挤压包覆方法，其特征在于：所述热挤压包覆包括如下步骤：
1)冷拔钢丝和合金杆在进入压膜腔前进行预热处理，同时对压膜腔进行预热处理，且冷拔钢丝预热温度为300～350℃，合金杆预热温度为180～200℃，压膜腔预热温度为350～390℃；
2)预热后的冷拔钢丝和合金杆进入预热后的压膜腔后进行热挤压包覆镀层。
2.根据权利要求1所述冷拔钢丝热挤压包覆方法，其特征在于：所述冷拔钢丝和合金杆在进行预热处理之前对冷拔钢丝和合金杆表面进行清洁。
3.根据权利要求1所述冷拔钢丝热挤压包覆方法，其特征在于：所述步骤2)中，热挤压包覆后钢丝的直径为5.0～7.0mm。
4.根据权利要求1所述冷拔钢丝热挤压包覆方法，其特征在于：所述合金杆为锌铝合金杆。
5.根据权利要求1所述冷拔钢丝热挤压包覆方法，其特征在于：所述步骤1)中，冷拔钢丝预热温度为320～340℃。
6.根据权利要求1所述冷拔钢丝热挤压包覆方法，其特征在于：所述步骤2)中，冷拔钢丝进入压膜腔后冷拔钢丝牵引速度为3.8～5.2m/min。
7.根据权利要求1所述冷拔钢丝热挤压包覆方法，其特征在于：所述步骤2)中，热包覆过程中压膜腔的温度不大于400℃。
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