| 金属冷加工 |

　　金属冷加工是钢铁工业生产的一个重要组成部分。金属冷加工的种类较多，例如：钢丝、钢丝绳、钢绞线及其它金属制品等等。特殊钢钢丝生产在我国已有近70年的历史。它是金属冷加工行业较典型的产业。
　　随着工业的不断发展，特殊钢钢丝（以下简称：钢丝）品种不断增加，质量品位不断提高。老的作坊式生产摸式，逐步被半自动化、自动化生产所代替。但是，无论设备如何变革，就钢丝生产而言，钢丝的生产方式实际就是两条线：连续线和周期线。
　　1 钢丝生产依据
　　钢丝生产主要是依据产品标准要求，确定生产方式。产品标准是供方与顾客之间的纽带。根据产品标准，采用合理工艺，实行科学管理，是确保产品合格的基本保证。
　　在钢丝生产中，同一个钢号（化学成分相同），采用不同标准，生产方式就不同。就T9A为例：当执行GB/T4357-89弹素弹簧钢丝标准时，必须采用连续线生产，产出的成品钢丝可用于制造各种弹簧、编制钢丝绳等。当执行GB/T5952- 86 弹素工具钢丝标准时，就必须采用周期线生产，产出的成品钢丝，可用于制造工具。如：刀具、钻头、制针等。因为，连续线和周期线产出的钢丝显微组织不同、力学性能不同、工艺性能不同，所以，用途不同。
　　值得阐明的是：不论是连续线生产还是周期线生产，热处理、表面处理、加工变形，三大要素缺一不可。
　　2 钢丝生产要素
　　 2.1 钢丝热处理
　　热处理是钢丝生产的主要要素之一。曾有业外人士认为："拔丝属冷加工，操作简单，不必热处理，只要有相应模具挤压拉拔就行了"。这是对钢丝生产的一个误解。所谓冷加工，是指加工变形生产过程在常温下进行。而钢丝在加工变形前，必须以热处理手段改善钢材内在质量，达到标准要求的显微组织、同时得到良好的物理缩性和延展性，以便顺利加工变形。这就是热处理的重要所在。
　　钢丝生产的热处理有四个步骤：它们是原料热处理、中间热处理、成前热处理、成品热处理（不包括冷拉状态交货的产品）。
　　热处理主要种类有8种：
　　（1）完全退火：将钢丝加热到完全奥氏体化，缓慢冷却，获得接近平衡状态组织；
　　（2）不完全退火：将钢丝加热到Ac1~Ac3之间温度，达到不完全奥氏体化，随之缓慢冷却；
　　（3）球化退火：将钢丝（盘条）加热到Ac1温度之上，使钢的碳化物达到球化状态；
　　（4）再结晶退火：经冷加工变形的钢丝加热到再结晶温度以上，保温适当时间，使变形晶粒重新结晶为均匀的等轴晶粒，消除冷加工硬化；
　　（5）光亮退火：钢丝在保护气氛或真空中退火，以防止氧化，保持钢丝表面光亮；
　　（6）正火：将钢丝加热到Ac3以上30~50℃，保温适当时间，再进行冷却；
　　（7）索氏体化处理（派登脱处理）：将中碳或高碳钢丝奥氏体化后，迅速移在Ar1以下适当温度（约500℃左右）的热溶中等温或空气中冷却，以获得索氏体组织；
　　（8）时效处理：钢丝经过固溶处理或冷缩性变形后，在室温或一定温度保温，以达到沉淀硬化目的（1）。
根据钢丝生产的具体情况，如：钢丝状态-- 原料、半成品、成品前、成品;产品标准要求；确定热处理种类，非常重要。当然，加热方式直接影响热处理质量。目前为止，我国冷加工的热处理加热方式较多，各有所长。
　　2.1.1 加热方式
　　加热方式有五种：
　　（1）燃煤加热；
　　（2）燃煤--土法煤气发生加热；
　　（3）天然气加热；
　　（4）管道煤气加热；
　　（5）电加热。
　　第一种加热方式成本较低，但，炉温不易稳定，钢丝表面易产生脱碳；第二种加热方式较第一种方式略占优势；第三种和第四种加热方式较优越，炉温较稳定；第五种加热方式是最理想的，虽然成本较高，但，无污染、炉温稳定、加热均匀、产品内在质量将大大提高，是生产高品位钢丝的最明智选择。
　　2.1.2 热处理主要目的
　　对盘条（原料）或钢丝加热主要目的有四种：
　　一是索氏体化（细化晶粒），提高抗拉强度，增加韧性和延展性；
　　二是球化退火，得到合理的显微组织，增加缩性和延展性，；
　　三是再结晶退火，使变形晶粒重新结晶为均匀的等轴晶粒，消除冷加工硬化，有利于再次冷加工；
　　四是软化退火，无显微组织变化，仅仅是消除加工应力，满足力学要求（多用于成品钢丝）。
　　2.2 表面处理作用
　　表面处理是钢丝生产的第二大要素。表面处理有四个程序：一是去除热处理产生的氧化皮（氧化膜）；二是中和，目的是防止残留酸性物质对钢的基体产生腐蚀；三是涂层，为增加载体保证润滑，有利于冷加工变形，确保钢丝表面质量；四是去除表面有害杂质（包括去涂层），确保钢丝无腐蚀，表面光滑洁净。
　　2.3 冷加工变形
　　冷加工变形（以下简称拉拔）是钢丝生产的第三大要素，也是最直观的一个要素。该要素是钢丝生产的主要过程。
拉拔生产要点有三：
　　一是拉拔总减面率的确定。拉拔减面率的大小，直接影响产品质量。根据钢丝品种不同、状态不同、一般拉拔道次减面率，应控制在9%~34%之间。合金钢类，拉拔总减面率一般不大于58%，碳素钢类一般不大于90%。
　　二是模具的选择。模具是钢丝拉拔生产唯一的缩性变形硬件。模具的质量如：尺寸精度、角度、光洁度等，直接影响钢丝拉拔的质量。模具的合理选择，关系到是否满足钢丝拉拔的要求。
　　三是润滑剂的选择。润滑剂是拉拔钢丝不可缺少的辅助材料，根据钢丝种类不同、状态不同、合理的选择润滑剂，是保证钢丝拉拔质量，生产顺利进行的必备条件。
　　3 连续线生产
　　连续线生产一般适合批量较大的、品种较单一的钢丝。所谓连续线，必备条件是，采用连续式高温加热炉（铅浴炉）；有三连以上的连续拔丝机；有相应表面处理的必要手段。碳素钢丝、奥氏体不锈钢丝生产，均适合在连续线进行。
　　3.1 弹素弹簧钢丝的生产
　　 3.1.1 弹素弹簧钢丝常用钢号及现形标准
　　弹素弹簧钢丝常采用高碳钢，其钢号和现行标准详见下表所示。
　　3.1.2 主要生产流程
　　由于弹素弹簧钢丝的特性所决定，不但力学性能--抗拉强度较高外，还要求高的韧性。所以，该钢丝拉拔前的热处理，必须采用铅淬火（索氏体化）。而且，从盘条加工至钢丝成品，必须有足够的拉拔减面率，以确保钢丝满足高的抗拉强度和高的韧性。生产流程见图1所示。

图1

　　从图1的流程图中可看出，碳素弹簧钢丝的主要生产过程：从铅淬火到拉拔，是反复进行的。这是钢丝生产的需要，也是为满足标准要求。在具体生产过程中，根据标准不同、交货组别不同、成品钢丝尺寸不同，需采用合理的生产工艺，从而产出顾客需求的产品。
　　3.1.3 碳素弹簧钢丝产品用途
　　采用连续线生产的碳素弹簧钢丝主要用于：直接制造各种型号的压缩弹簧、拉力弹簧（回火定型），得到预期的力学性能。并且，可编制钢丝绳等。
　　3.2 奥氏体不锈钢丝生产
　　3.2.1 奥氏体不锈钢丝常用钢号及现行标准
　　奥氏体不锈钢丝一般采用1Cr18Ni9、0Cr19Ni10、H0Cr19Ni9、1Cr18Ni9Ti、GH2132、GH3030、GH2036、D659、D660、ML1Cr19Ni9Ti 等钢号生产。不锈钢丝常用于：高尖端弹簧、高精度轴承、重要工具、耐腐蚀缆绳、耐腐蚀录井线、重要用途冷顶件、焊接、制钉、编网等。由于用途广泛，所以，标准较多。常用现行标准见表1。
　　3.2.2 奥氏体不锈钢丝生产特点
　　奥氏体不锈钢丝生产特点是需要高温热处理、急冷，严格表面处理、对涂层要求苛刻，对润滑介质要求高。因为，奥氏体不锈钢耐高温、冷加工硬化快、拉拔后，必须通过高温固溶，快速冷却才能消除应力、避免偏析。同时，获得较低的抗拉强度和较高的延展性，以便钢丝拉拔，确保钢丝表面质量。对固溶后的不锈钢盘条或半成品，应进行浸碱、酸洗，将氧化膜彻底清除，中和后进行涂层处理。涂层应均匀、牢固，以便增加润滑载体，保护钢的基体不受创伤。拉拔后，应及时去除涂层，保证钢丝表面无腐蚀、光滑洁净。
　　3.2.3 奥氏体不锈钢丝产品用途
　　奥氏体不锈钢丝价格较昂贵，一般用于制造关键部件。如：航空用铆钉、航天航空用弹簧、抗腐蚀绳缆、耐腐蚀录井线、不锈滚珠、不锈筛网、高档装潢、高档炊具等等。随着工业不断发展，人民生活水平的提高，奥氏体不锈钢丝用途将会更加广泛。
　　4 周期线钢丝生产
　　周期线生产的特点是：生产品种可多样化。原则上讲，除了弹素弹簧钢丝不能生产外，甚至，若有周期式高温炉（950℃~1200℃），有水冷却条件，高温合金和奥氏体不锈钢丝亦可生产。周期线钢丝生产工艺流程如图2所示。

图2

　　4.1 钢丝生产钢种及常用现行标准
　　按用途划分，常规生产钢种有：轴承钢、工具钢（包括合金工具钢）、合金弹簧钢、合金结构钢（包括冷顶和焊接钢）、碳素结构钢（包括冷顶和焊接）、铁素体不锈钢（包括冷顶和焊接）、马氏体不锈钢（包括冷顶和焊接）等。常用现行标准见下表。

　　表1中归纳了各钢种的钢丝常用产品标准，列举了代表钢号和交货状态。从表1可看出，相同钢号（化学成分相同）有多项标准，所以钢丝生产必须随时调整工艺，以便满足钢丝标准要求。
　　4.2 热处理工艺制度
　　4.2.1 温度的确定
　　目前为止，周期线的钢丝生产中，已有200多个钢号，列为常规产品。在钢丝生产过程中，不可能制定200个工艺制度。这就需要了解每一个钢号的特性、相变点，根据相变点进行归类，确定热处理温度。根据特性确定冷却方式。
　　4.2.2 周期的确定
　　热处理周期是热处理工艺的重点。它关系到透烧程度如：钢的纤维组织均匀性、力学性能散差值、工艺性能等，诸多影响。周期的确定应视钢丝直径尺寸大小、装炉量的多少、钢丝状态等，根据具体情况，调整热处理周期，确保热处理质量。
　　4.3 表面处理程序确定
　　表面处理作用见2.2所述。但钢种不同，酸洗的程序是不同的。要根据钢的特性、钢丝状态、选择合理的表面处理程序，确保表面质量。值得注意的是：对于高碳钢丝酸洗后，应进行充分干燥，否则将影响拉拔质量，造成不应有的损失。
　　4.4 钢丝拉拔
　　钢丝拉拔应根据2.3所述。针对钢种不同、要求不同、确定拉拔总减面率和道次减面率。应注意的是：对于马氏体钢等易裂钢，拉拔后应及时热处理，以防止产生内裂或风裂。
　　5 钢丝精整
　　钢丝精整是为防止钢丝产品运输过程造成缺陷。如：檫伤、锈蚀、紊乱等。一般钢丝生产至成品（合格品）时，都应进行涂油、捆扎、包装处理。
　　涂油是防止钢丝在一定的时间内，不产生锈蚀。所以，防锈油的选择是很关键的。笔者建议选用超薄置换形防锈油，因为，它对钢丝性能无影响、对环境无污染、成本适中、好祛除。
　　包装，直接影响企业形象，应引起注意。包装应强调整洁、牢固、标识清晰、做到包装商品化。
　　6 结论
　　钢丝生产目前在我国从北到南，已全方位普及。但是，真正能生产出高精尖的钢丝成品为数不多。笔者认为：在金属冷加工过程中，只要深入了解市场，掌握国内外标准，贯彻合理工艺、严格质量控制，推行ISO9001质量体系管理，将会使我国的金属冷加工产品提高一个档次，产出高品位的钢丝产品。希望在尽短时间内，生产出高精尖产品，顶替进口，走出国门。