热镀锌钢绞线断丝原因分析

胡波;张红田

【摘 要】针对热镀锌钢绞线在生产及使用过程中断裂严重的情况,通过对断样进行分析,指出断裂原因,并提出相应的解决措施.

【期刊名称】《钢铁》

【年(卷),期】2012(000)003

【总页数】3页(P21-23)

【关键词】热镀锌钢绞线;酸洗磷化;冷却

【作 者】胡波;张红田

【作者单位】八钢金属制品有限公司;八钢金属制品有限公司

【正文语种】中 文

【中图分类】TG336.2

1 前言

2 断丝原因分析

八钢金属制品有限公司是最大的金属制品生产企业，所生产的热镀锌钢绞线大量供货于国内各大电缆制造企业。有客户反馈在生产及使用热镀锌钢纹过程中，部分钢绞线出现频繁的断裂情况，严重影响热镀锌钢绞线的质量。为了探索因热镀锌钢绞线单丝的断裂原因从生产原料及生产工艺各环节进行分析，并制定了相应的改进措施。通过实际生产检验，钢绞线断丝得到了有效控制，热镀锌钢线在绞制过程中的断丝问题得到了彻底解决。

为查找出热镀锌钢绞线断丝的原因，对各规格断样进行了收集整理，并委托权威研究部门对断样进行了专业分析。结合八钢制品工艺认为产生断裂原因受多方面影响。

2.1 原料的影响

在生产过程中，使用八钢公司生产的65钢φ6.5mm高线盘条作为主要原料，此原料化学成分（见表1），含碳量处于标准含碳量的上限。

表1 65钢化学成分表%?

由于含碳量较高，轧制之后其冷却过程不易控制，产生成分偏析，局部区域由于含碳量较高，容易在晶界生成网状渗碳体。在拉拔力的作用下，由于此种盘条整体承受外力不均匀，易在渗碳体晶界处产生巨大的应力集中而形成微裂纹，随着拉拔程度的加大，裂纹迅速扩散，形成断丝隐患（见图1）。

同时，碳是决定碳钢在缓冷后组织和性能的主要元素，在平衡冷却条件下，含碳量对机械性能的影响，主要有两个方面：一是碳对固溶体的强化作用；二是渗碳体的第二相强化作用及其对塑性韧性的不良影响[1]。一般来说，含碳量越高，钢的强度硬度越高，而塑性韧性降低。对于高碳钢线材，碳含量每下降0.1%，抗拉强度下降78.4MPa[2]，因此偏高的碳含量，容易造成钢丝在生产过程中的断裂情况的发生。

图1 裂纹部位金相组织 100×

2.2 拉拔工艺的影响

2.2.1 表面处理工艺

在生产中，所有的盘条均采用在线机械除锈加硼化的处理工艺，盘条在经过高速旋转的钢丝刷之后，表面氧化铁得到部分去除，在钢丝刷的作用下，盘条表面出现明显的划伤，容易在拉拔过程中产生裂纹，同时由于氧化铁皮去除不干净，造成钢丝表面不能形成很好的润滑层（见图2），导致钢丝在高速拉拔的过程中在模具内剧烈升温，造成模具内壁金属熔化粘连、划伤，在钢丝表面形成断裂源。

图2 润滑失效后钢丝表面的划伤

2.2.2 拉拔设备及配模工艺

钢丝在拉拔过程中，采用LT/10-600直进式拉丝机进行拉拔，钢丝采用模具水冷，拉丝机卷筒风冷的间接冷却方式，钢丝在拉拔过程中温度不能及时且有效的降低，同时由

于配模工艺的影响，造成部分压缩率过大，以φ2.5mm规格为例，其配模工艺为：6.5～5.8～5.37～4.83～4.23～3.72～3.30～2.94～2.～2.39

在上述两种因素的共同作用下，钢丝急速升温产生脆化，使钢丝的韧性下降，脆性增大，造成钢丝表面出现裂纹，影响产品质量，见图3、4所示。

图3 钢丝表面横裂

图4 钢丝表面鱼尾

3 改进措施

3.1 根据不同规格产品,选择不同钢种及规格原料

相对于65钢，60钢作为一种含碳量相对较低的高碳钢，在轧制之后其冷却过程要容易控制，成分偏析产生及在晶界生成网状渗碳体的几率要明显低于65钢，且在经过拉拔之后其塑韧性明显优于65钢，但在成品钢丝规格大于φ2.66mm时，成品钢丝的力学性能不能满足标准要求。经过反复生产试验，在充分考虑成品钢丝力学性能可完全满足标准要求的前提下，从降低生产成本及生产组织难度的角度出发，制定了详细的原料使用规范，如表2所示。

表2 架空绞线用镀锌钢线原料表注：如遇用户对产品力学性能有特殊要求，则根据实际情况重新选择原料。?

同时对原料组织及外观提出如下要求：

（1）索氏体化率≥85%；（2）钢中全氧含量≤50×10-6，氮含量≤50×10-6；（3）中心偏析≯1.5级；（4）夹杂物等级≯1.5级；（5）晶粒度 8.5级；（6）盘条通条性能强度差≤50MPa；（7）盘条的直径偏差达到B级精度，为±0.3mm，不圆度≤0.3mm；（8）盘条的总脱碳层深度不大于公称直径的1.5%；（9）盘条表面应圆整平滑，不应有折叠、耳子、结疤及其它有害于后续加工或产品使用的缺陷。

3.2 采用酸洗磷化表面处理工艺

金属与含有金属离子（Zn2＋、Mn2＋、Fe2＋等）的酸性磷酸盐溶液接触时，在其表面形成一层磷酸盐膜的过程称之为磷化[3]。

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成多孔性，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。

在现场生产中采用酸洗磷化工艺取代简单的机械除锈工艺，酸洗过程盐酸浓度15%～20%，温度为室温，酸洗时间10min，亚铁离子浓度≤200g/l，通过酸洗的盘条，表面氧化铁得到充分的清理，且不会在盘条表面形成机械伤害；磷化采用中温磷化，酸比10～15，时间 10～15min，磷化膜厚度≥9μm，提高钢丝在拉拔过程中的润滑效果。

3.3 提高钢丝在拉拔过程中的冷却效果

资料显示，钢丝的应变时效脆化温度越高，其时效产生的临界值越低。在拉拔瞬间，钢丝表面的温度对以后的时效并不明显，因为温度沿其端面很快地均匀化，所以较薄的外层在短时间发热，对钢丝整个断面上机械性能不会有明显影响。对时效有显著影响的主要是钢丝断面上保持较长时间的平均温度。

因此要想保持和提高钢丝的韧性，减少钢丝的非正常断裂，必须采取有效措施，使钢丝出模孔后的平均温度迅速降低到160℃以下，则可有效防止时效作用对钢丝质量的影响[4]。

因此，采用水箱拉丝机进行钢绞线单丝的生产，保证钢丝在拉拔过程中能够直接冷却，提高冷却效果，降低脆化几率，提高产品质量。

3.4 改进配模拔工艺

高碳钢丝的总压缩率在大于80%时，强度增加显著，其总压缩率的确定除考虑机械性能的要求以外，还应对原料的含碳量、拉拔前的抗拉强度与成品强度的差额来综合考虑。一般含碳量相近的钢丝，总压缩率越大，其强度的百分比增加越多。

由于线材直径有偏差，在综合考虑线材的含碳量、制品的机械性能、拉拔速度、金属硬化和拉拔道次等因素之后，为了形成较厚的润滑膜，部分压缩率的分配应遵循以下原则：第一道应偏小，第二道最大，然后逐步减小，以保证拉拔的顺利进行[5]。

有资料介绍，高碳钢在水箱机拉拔宜采用多道次、小的部分压缩率的拉拔工艺，部分压缩率应在16%～20%[6]。这样可以避免钢丝由于较大的部分压缩率而导致变形热的大

量产生，使钢丝表面温度剧烈升高，形变诱导相变，在钢丝表面形成马氏体，由于马氏体塑性较差，在拉力作用下产生微裂纹，造成钢丝性能降低。以φ2.5mm规格为例，其配模工艺：5.5～5.1～4.67～4.26～3.9～3.56～3.28～3.02～2.78～2.55～2.39

拉拔过后的钢丝在收线过程中，应充分利用好拉丝机的矫直装置，合理的矫直力可有效消除钢丝的拉拔力及局部残余应力，避免由于应力集中造成的钢丝断裂。

4 结语

改进后的生产实践表明，在进行普通强度热镀锌钢绞线的生产时，φ2.5mm以下规格宜选用60钢φ5.5mm盘条，φ2.5～3.2mm规格宜选用 65钢φ6.5mm盘条，φ3.2mm以上规格宜选用77MnA钢φ6.5mm盘条，表面处理工艺采用酸洗磷化，并使用水箱拉丝机进行拉拔，可有效防止热镀锌钢绞线的断丝发生几率。

参考文献

[1]路迪民.金属学[M].西安：西北大学出版社，1994.

[2]王恩琦.合金元素对大规格中高碳线材组织性能的影响[J].轧钢，1999，（5）：29.

[3]叶茂.金属塑性加工时的摩擦与润滑[M].沈阳：东北工学院轧钢教研室，1984.

[4]赵九洲.低碳钢应变时效过程模拟[J].金属学报，2002，（1）：27-28.

[5]王廷溥.金属塑性加工学[M].北京：冶金工业出版社，1988.

[6]王自森.拉拔时发热现象的探讨[J].金属制品，2005，31(4)：14-15.