異型鋼絲的開發(fā)與應(yīng)用

一、概述

異型鋼絲亦即非圓斷面鋼絲，由于其斷面形狀復(fù)雜、尺寸精度高、形狀免切削和長度無限長等特性，因而具有廣泛的用途，如機(jī)械彈簧和墊圈用方形（或梯形）鋼絲、汽車及摩托車用高檔化油器及活塞環(huán)鋼絲、玻璃升降器與座椅調(diào)角器用大規(guī)格扁鋼絲、紡織行業(yè)用針布鋼絲和兒童玩具及鐘表用發(fā)條鋼絲、萬噸壓力機(jī)纏繞用高強(qiáng)度低松弛扁鋼絲、航天以及軍工用其他特殊合金異型鋼絲等。目前國內(nèi)的異型鋼絲在形狀、尺寸、公差、通條性和表面處理上仍與發(fā)達(dá)國家有著較大差距。

異型鋼絲截面形狀復(fù)雜，既有規(guī)則形狀，如方形、矩形、三角形、六角形、扁形等，也有其他多邊不規(guī)則形狀。我國生產(chǎn)企業(yè)采取拉拔、軋制和拉軋結(jié)合的方式，已能生產(chǎn)多種形狀的異型鋼絲。材料也從普碳鋼發(fā)展為碳素結(jié)構(gòu)鋼、碳素彈簧鋼、合金工具鋼、不銹鋼、耐熱耐蝕合金鋼、高鉻軸承鋼和有色金屬等，很多普通用途的異型鋼絲國內(nèi)均可生產(chǎn)，并能滿足市場需要，但是仍有很大一部分用于高端產(chǎn)品的高質(zhì)量異型鋼絲依賴進(jìn)口（如轎車氣門簧用卵形絲、紡織器材用橢圓針布鋼絲及活塞氣環(huán)、油環(huán)、刮片環(huán)用異型鋼絲等）。從整體來講，國內(nèi)異型鋼絲與國外產(chǎn)品在質(zhì)量方面差距主要表現(xiàn)在：

1、 尺寸波動大

國內(nèi)生產(chǎn)的異型鋼絲尺寸公差一般為±0.02~±0.03mm，較高精度可達(dá)±0.005 ~±0.015mm，而國外同類型異型鋼絲公差為±0.003~±0.01mm。

2、 形狀不規(guī)則

國內(nèi)生產(chǎn)的異型鋼絲形狀不規(guī)則，尖角不充滿，有鐮刀彎和鋼絲形狀扭轉(zhuǎn)等現(xiàn)象，這主要是模具加工技術(shù)和金屬變形技術(shù)還有待提高。如國內(nèi)某紡織器材廠從比利時進(jìn)口的橢圓針布鋼絲，斷面切片投影放大了100倍，與根據(jù)橢圓長短軸理論作圖比較，兩者重合得天衣無縫，確實(shí)保證了鋼絲的形狀特點(diǎn)。

3、 通條性能差

不論是冷拉、軟態(tài)，還是油淬火回火狀態(tài)異型鋼絲，國內(nèi)產(chǎn)品都有通條性能差的問題。如同一盤鋼絲，國內(nèi)鋼絲強(qiáng)度上下限一般在±100MPa；而國外同類鋼絲則可達(dá)到±50MPa，有些甚至可達(dá)到±10MPa。質(zhì)量不穩(wěn)定是國內(nèi)異型鋼絲最大的問題。造成通條性差的主要原因是原材料問題及熱處理工藝等。

4、 鋼絲綜合力學(xué)性能差

國內(nèi)生產(chǎn)的異型鋼絲在抗拉強(qiáng)度指標(biāo)上可以達(dá)到國外同類鋼絲標(biāo)準(zhǔn)，但其塑、韌性指標(biāo)往往達(dá)不到要求，以至于鋼絲使用時常常出問題。如轎車氣門簧用卵形鋼絲彈簧疲勞次數(shù)要達(dá)到百萬次，而國內(nèi)有些產(chǎn)品還達(dá)不到十萬次，這主要是原材料鋼質(zhì)純凈度不夠及生產(chǎn)、熱處理工藝缺陷造成的。

5、 表面質(zhì)量

國外進(jìn)口鋼絲表面較潔凈，無損傷、沙塵、油土等問題，從外觀看，要么是金屬原色涂油防繡，要么是表面涂鍍層，既美觀又防繡。而國內(nèi)生產(chǎn)的異型鋼絲，包裝簡單，表面大多不進(jìn)行特別處理，外觀視覺差。

隨著機(jī)械工業(yè)、汽車工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，對高質(zhì)量的異型鋼絲的要求日益迫切，高質(zhì)量的異型鋼絲不僅形狀要求多種多樣，更要具有優(yōu)良的力學(xué)性能，如高強(qiáng)度、高韌性、低松弛、耐腐蝕、耐疲勞、耐磨損等。法爾勝集團(tuán)公司作為中國線材制品行業(yè)的領(lǐng)頭羊，在線材制品的生產(chǎn)方面已經(jīng)有了大量的技術(shù)儲備，因此在通過一段時間的市場調(diào)研與試驗(yàn)后，決定以S型鋼絲作為切入點(diǎn)，進(jìn)行異型鋼絲的開發(fā)與應(yīng)用。

二、異型鋼絲的主要工藝控制點(diǎn)

異型鋼絲的生產(chǎn)方法主要分為模拉、軋制、輥拉、軋-拉復(fù)合等，以上幾種生產(chǎn)方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，如下表對比：

結(jié)合選定規(guī)格產(chǎn)品的情況，可采用軋制和模拉兩種生產(chǎn)方法。主要生產(chǎn)工藝流程如圖1。

異型鋼絲的主要工藝控制點(diǎn)：

1、寬展及影響因素的確定：寬展是圓絲在軋制前后的寬度變化量。不管是生產(chǎn)簡單斷面的圓絲、方絲、矩形絲，還是其他復(fù)雜斷面的異型絲，都沒有精確地確定圓鋼絲直徑的方法，因?yàn)橥环N尺寸的產(chǎn)品，不同的生產(chǎn)方法，對圓絲直徑要求不一樣，而且同一種尺寸產(chǎn)品，同一種生產(chǎn)方法，不同的生產(chǎn)材料或設(shè)備對圓絲直徑大小要求也不一樣，因?yàn)橛绊憣捳沟囊蛩睾芏?，如壓下量、摩?/SPAN> 系數(shù)、鋼絲材質(zhì)、輥徑等，通過工藝試驗(yàn)，確定這些影響因素跟寬展的關(guān)系，制定合理的軋制工藝，合理的估算圓絲半成品直徑，控制成品絲尺寸精度。

2、鋼絲道次變形率及總變形率的確定：跟圓絲拉拔一樣，都需要合理的分配道次變形率以及確定鋼絲的總變形率，以保證生產(chǎn)的順利進(jìn)行?？梢杂酶叨葔合铝拷频谋硎荆ㄟ^試驗(yàn)確定不同強(qiáng)度絲材的道次壓下量，進(jìn)而制定不同規(guī)格產(chǎn)品的合理的軋制道次。

3、應(yīng)力控制：由于各種因素如摩擦、溫度不均勻或軋輥?zhàn)冃蔚仍斐杀饨z變形不均勻時，在金屬內(nèi)部就會引起內(nèi)應(yīng)力，這種內(nèi)應(yīng)力稱為附加應(yīng)力；在軋制后殘存在金屬內(nèi)部的附加應(yīng)力成為殘余應(yīng)力。無論是附加應(yīng)力還是殘余應(yīng)力，其中各自都包含拉應(yīng)力和壓應(yīng)力，二者同時存在，且互相平衡。其中拉應(yīng)力更為有害，當(dāng)其值超過強(qiáng)度極限時，扁絲就會產(chǎn)生裂紋。因此在實(shí)際生產(chǎn)中，力求變形和應(yīng)力均勻分布，以減少附加應(yīng)力和殘余應(yīng)力。但是實(shí)際生產(chǎn)時往往難以控制，因此需要通過試驗(yàn)，合理的去除應(yīng)力，添加去應(yīng)力裝置或者其他方法。

4、成品絲線性：軋制時容易出現(xiàn)側(cè)彎現(xiàn)象，側(cè)彎的成因是由于鋼絲通條性能不均或退火后鋼絲本身產(chǎn)生的硬彎所致。擬解決的工藝試驗(yàn)：提高熱處理退火的均勻性；適當(dāng)增加圓絲直徑，退火后先輕拉，再進(jìn)行軋制。

5、熱處理工藝試驗(yàn)：一般客戶對異型鋼絲都有一定的力學(xué)性能要求，如彎曲、延伸等。鋼絲在經(jīng)過軋制等冷加工變形之后這些力學(xué)性能就會相應(yīng)的變化，彎曲和延伸性能降低，強(qiáng)度上升等。這些技術(shù)指標(biāo)在很大程度上制約著國內(nèi)產(chǎn)品的競爭，因此需要相應(yīng)的熱處理工藝試驗(yàn)，摸索生產(chǎn)工藝，進(jìn)行高性能產(chǎn)品的生產(chǎn)，滿足高端客戶的需求。

6、潤滑液：異型鋼絲的潤滑跟圓絲的潤滑基本上一樣，但是異型鋼絲的生產(chǎn)速度快時變形熱很大，直接影響軋制系統(tǒng)的精度，也影響異型絲的尺寸精度，因此異型鋼絲對潤滑劑的要求更高。擬選用幾種潤滑劑進(jìn)行試驗(yàn)對比選擇，確定不同材質(zhì)異型絲所需要的最佳的潤滑液。

7、導(dǎo)衛(wèi)裝置：導(dǎo)衛(wèi)的作用是正確地將絲材導(dǎo)人軋輥孔型，保證異型絲在孔型中穩(wěn)定變形，并得到所要求的幾何形狀和尺寸；同時又順利、正確的將異型絲從孔型中導(dǎo)出，防止纏輥，還可以控制或強(qiáng)制絲材扭轉(zhuǎn)或彎曲，并按照一定的方向運(yùn)動。因此導(dǎo)衛(wèi)裝置應(yīng)具有合理的結(jié)構(gòu)、堅固耐磨、裝卸方便安全、調(diào)整靈活等特點(diǎn)。因而要根據(jù)孔型形狀、尺寸以及在軋輥上的配置使用情況，正確設(shè)計導(dǎo)衛(wèi)裝置的形狀和尺寸，以保證導(dǎo)衛(wèi)裝置實(shí)現(xiàn)其作用。并根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際選取合適的材質(zhì)，并盡量使其常用部件標(biāo)準(zhǔn)化，減少機(jī)械加工量，減少備件儲備。

三、大橋纜索主索纏繞用S 型鋼絲的開發(fā)與應(yīng)用

1、 S型鋼絲用途

懸索橋主索的工作質(zhì)量直接影響到全橋的使用壽命，其中耐久防腐性能是其中的重要指標(biāo)。傳統(tǒng)的防腐方法是防腐涂層+外纏圓型鍍鋅鋼絲+外涂防水，但是在對主索年檢過程中，發(fā)現(xiàn)主纜鋼絲仍然出現(xiàn)銹蝕，因此潤揚(yáng)長江大橋懸索主索首次引進(jìn)了日本新日鐵公司研制的S型鍍鋅鋼絲。S型鋼絲（見圖2、圖3）相對于圓型纏繞鋼絲最大的優(yōu)勢就是，S型鋼絲作為主纜纏絲，纏繞后相互壓扣為一體，密封效果良好，可以有效地阻擋雨水和海霧凝結(jié)水的侵入，以減少酸性介質(zhì)對塔橋主纜的腐蝕，提高纜索的使用壽命，是大橋主纜纏絲的發(fā)展方向。

2、 S型鋼絲主要性能

S型鋼絲質(zhì)量特性

3、 S型鋼絲的生產(chǎn)工藝

模拉具有較高的尺寸精度，但模拉和操作投入較大，因此S型鋼絲的成型采用了軋制與模拉相結(jié)合的工藝生產(chǎn)。其主要生產(chǎn)、工藝為： 盤條一一半成品圓絲拉拔一一多道次軋制一一熱鍍鋅一一模拉一一收線。

S型鋼絲是帶有溝槽的異型鋼絲，鋼絲熱鍍鋅時軸向旋轉(zhuǎn)會嚴(yán)重影響鋼絲尺寸和形狀的變化，因而必須有合適的導(dǎo)向裝置，并要防止已成形的鋼絲被刮傷。尤其是溝槽中助鍍劑要充分干燥，否則液體進(jìn)入鋅槽，汽化后鋅液四濺，造成安全隱患。

四、結(jié)語

由于異型鋼絲形狀復(fù)雜、尺寸精度高、形狀免切削和長度無限長等特性，因而具有廣泛的用途，因此對異形鋼絲的研發(fā)勢在必行。但是異型鋼絲的研發(fā)難度很大，針對不同用途和形狀的異型鋼絲需采用不同的方法進(jìn)行生產(chǎn)，而且必須加強(qiáng)控制好每一個工藝控制點(diǎn)。