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1、异型钢丝的开发与应用一、概述异型钢丝亦即非圆断面钢丝，由于其断面形状复杂、尺寸精度高、形状免切 削和长度无限长等特性，因而具有广泛的用途，如机械弹簧和垫圈用方形（或梯 形）钢丝、汽车及摩托车用高档化油器及活塞环钢丝、玻璃升降器与座椅调角器 用大规格扁钢丝、纺织行业用针布钢丝和儿童玩具及钟表用发条钢丝、万吨压力 机缠绕用高强度低松弛扁钢丝、航天以及军工用其他特殊合金异型钢丝等。目前 国内的异型钢丝在形状、尺寸、公差、通条性和表面处理上仍与发达国家有着较 大差距。异型钢丝截面形状复杂，既有规则形状，如方形、矩形、三角形、六角形、 扁形等，也有其他多边不规则形状。我国生产企业采取拉拔、轧制和拉轧结合
2、的 方式，已能生产多种形状的异型钢丝。材料也从普碳钢发展为碳素结构钢、碳素 弹簧钢、合金工具钢、不锈钢、耐热耐蚀合金钢、高铬轴承钢和有色金属等，很 多普通用途的异型钢丝国内均可生产，并能满足市场需要，但是仍有很大一部分 用于高端产品的高质量异型钢丝依赖进口（如轿车气门簧用卵形丝、纺织器材用 椭圆针布钢丝及活塞气环、油环、刮片环用异型钢丝等）。从整体来讲，国内异 型钢丝与国外产品在质量方面差距主要表现在：1、尺寸波动大国内生产的异型钢丝尺寸公差一般为土 0.02 土 0.03mm，较高精度可达土0.005 0.015mm，而国外同类型异型钢丝公差为0.0030.01mm。2、形状不规则国内生产的
3、异型钢丝形状不规则，尖角不充满，有镰刀弯和钢丝形状扭转等 现象，这主要是模具加工技术和金属变形技术还有待提高。如国内某纺织器材厂 从比利时进口的椭圆针布钢丝，断面切片投影放大了100倍，与根据椭圆长短轴 理论作图比较，两者重合得天衣无缝，确实保证了钢丝的形状特点。3、通条性能差不论是冷拉、软态，还是油淬火回火状态异型钢丝，国内产品都有通条性能 差的问题。如同一盘钢丝，国内钢丝强度上下限一般在100MPa；而国外同类钢 丝则可达到土50MPa,有些甚至可达到土 10MPa。质量不稳定是国内异型钢丝最大 的问题。造成通条性差的主要原因是原材料问题及热处理工艺等。4、钢丝综合力学性能差国内生产的异型
4、钢丝在抗拉强度指标上可以达到国外同类钢丝标准，但其塑、 韧性指标往往达不到要求，以至于钢丝使用时常常出问题。如轿车气门簧用卵形 钢丝弹簧疲劳次数要达到百万次，而国内有些产品还达不到十万次，这主要是原 材料钢质纯净度不够及生产、热处理工艺缺陷造成的。5、表面质量国外进口钢丝表面较洁净，无损伤、沙尘、油土等问题，从外观看，要么是 金属原色涂油防绣，要么是表面涂镀层，既美观又防绣。而国内生产的异型钢丝， 包装简单，表面大多不进行特别处理，外观视觉差。 随着机械工业、汽车工业的技术进步，对高质量的异型钢丝的要求日益迫切，高 质量的异型钢丝不仅形状要求多种多样，更要具有优良的力学性能，如高强度、高韧性、
5、低松弛、耐腐蚀、耐疲劳、耐磨损等。法尔胜集团公司作为中国线材制 品行业的领头羊，在线材制品的生产方面已经有了大量的技术储备，因此在通过 一段时间的市场调研与试验后，决定以 S 型钢丝作为切入点，进行异型钢丝的开 发与应用。二、异型钢丝的主要工艺控制点异型钢丝的生产方法主要分为模拉、轧制、辊拉、轧-拉复合等，以上几种生 产方法各有优缺点，如下表对比：生产方法优缺点模拉优点：产品形状精确、尺寸公差小、通条性好；缺点： 制模难度大、尖角欠充满、表面易划伤、周期长、复杂 截面无法生产。轧制冷轧主要解决宽厚比小于4的异型丝，特别是扁钢丝、 梯形丝。辊拉优点：钢丝道次变形率大，尖角充满、形状精确、可生 产
6、复杂断面和较难变形的合金、不锈钢等。缺点：尺寸 波动较大，注意控制。轧-拉复 合道次变形率大，可生产宽厚比较大、形状复杂，仅靠一 种方法难以生产的异型钢丝。结合选定规格产品的情况，可采用轧制和模拉两种生产方法。主要生产工艺流 程如图 1。异型钢丝的主要工艺控制点：1、宽展及影响因素的确定：宽展是圆丝在轧制前后的宽度变化量。不管是生 产简单断面的圆丝、方丝、矩形丝，还是其他复杂断面的异型丝，都没有精确地 确定圆钢丝直径的方法，因为同一种尺寸的产品，不同的生产方法，对圆丝直径 要求不一样，而且同一种尺寸产品，同一种生产方法，不同的生产材料或设备对 圆丝直径大小要求也不一样，因为影响宽展的因素很多，
7、如压下量、摩擦 系数、 钢丝材质、辊径等，通过工艺试验，确定这些影响因素跟宽展的关系，制定合理 的轧制工艺，合理的估算圆丝半成品直径，控制成品丝尺寸精度。2、钢丝道次变形率及总变形率的确定：跟圆丝拉拔一样，都需要合理的分配 道次变形率以及确定钢丝的总变形率，以保证生产的顺利进行。可以用高度压下 量近似的表示，通过试验确定不同强度丝材的道次压下量，进而制定不同规格产 品的合理的轧制道次。3、应力控制：由于各种因素如摩擦、温度不均匀或轧辊变形等造成扁丝变形 不均匀时，在金属内部就会引起内应力，这种内应力称为附加应力；在轧制后残 存在金属内部的附加应力成为残余应力。无论是附加应力还是残余应力，其中各
8、 自都包含拉应力和压应力，二者同时存在，且互相平衡。其中拉应力更为有害， 当其值超过强度极限时，扁丝就会产生裂纹。因此在实际生产中，力求变形和应 力均匀分布，以减少附加应力和残余应力。但是实际生产时往往难以控制，因此 需要通过试验，合理的去除应力，添加去应力装置或者其他方法。4、成品丝线性：轧制时容易出现侧弯现象，侧弯的成因是由于钢丝通条性能 不均或退火后钢丝本身产生的硬弯所致。拟解决的工艺试验：提高热处理退火的 均匀性；适当增加圆丝直径，退火后先轻拉，再进行轧制。5、热处理工艺试验：一般客户对异型钢丝都有一定的力学性能要求，如弯曲、 延伸等。钢丝在经过轧制等冷加工变形之后这些力学性能就会相应
9、的变化，弯曲 和延伸性能降低，强度上升等。这些技术指标在很大程度上制约着国内产品的竞 争，因此需要相应的热处理工艺试验，摸索生产工艺，进行高性能产品的生产， 满足高端客户的需求。6、润滑液：异型钢丝的润滑跟圆丝的润滑基本上一样，但是异型钢丝的生产 速度快时变形热很大，直接影响轧制系统的精度，也影响异型丝的尺寸精度，因 此异型钢丝对润滑剂的要求更高。拟选用几种润滑剂进行试验对比选择，确定不 同材质异型丝所需要的最佳的润滑液。7、导卫装置：导卫的作用是正确地将丝材导人轧辊孔型，保证异型丝在孔型 中稳定变形，并得到所要求的几何形状和尺寸；同时又顺利、正确的将异型丝从 孔型中导出，防止缠辊，还可以控制
10、或强制丝材扭转或弯曲，并按照一定的方向 运动。因此导卫装置应具有合理的结构、坚固耐磨、装卸方便安全、调整灵活等 特点。因而要根据孔型形状、尺寸以及在轧辊上的配置使用情况，正确设计导卫 装置的形状和尺寸，以保证导卫装置实现其作用。并根据生产实际选取合适的材 质，并尽量使其常用部件标准化，减少机械加工量，减少备件储备。三、大桥缆索主索缠绕用 S 型钢丝的开发与应用1、S 型钢丝用途 悬索桥主索的工作质量直接影响到全桥的使用寿命，其中耐久防腐性能是其中的 重要指标。传统的防腐方法是防腐涂层+外缠圆型镀锌钢丝+外涂防水，但是在对 主索年检过程中，发现主缆钢丝仍然出现锈蚀，因此润扬长江大桥悬索主索首次
11、引进了日本新日铁公司研制的S型镀锌钢丝。S型钢丝（见图2、图3）相对于 圆型缠绕钢丝最大的优势就是，S型钢丝作为主缆缠丝，缠绕后相互压扣为一体， 密封效果良好，可以有效地阻挡雨水和海雾凝结水的侵入，以减少酸性介质对塔 桥主缆的腐蚀，提高缆索的使用寿命，是大桥主缆缠丝的发展方向。主索图2 S型缠绕钢丝S型缠绕钢丝-S型钢丝缠绕方法圆丝 传统圆丝缠绕方法2、S 型钢丝主要性能S 型钢丝质量特性项目技术参数线材JISG3505 （软钢线材）标准规定的SWRM6K抗拉强度550MPa延伸率1.5% （标距 150mm）扭转次数6次（标距200mm）锌层重量280g/m2锌附着性试验后用手指轻擦不产生剥
12、落、龟裂、起皮公称截面积13.32mm2公称周长21.81mm单位重量7.83 t/m3尺寸公差宽度0.15mm以下，厚度土0.08mm以下3、S 型钢丝的生产工艺模拉具有较高的尺寸精度，但模拉和操作投入较大，因此 S 型钢丝的成型采用 了轧制与模拉相结合的工艺生产。其主要生产、工艺为： 盘条一一半成品圆丝 拉拔一一多道次轧制一一热镀锌一一模拉一一收线。S 型钢丝是带有沟槽的异型钢丝，钢丝热镀锌时轴向旋转会严重影响钢丝尺寸 和形状的变化，因而必须有合适的导向装置，并要防止已成形的钢丝被刮伤。尤 其是沟槽中助镀剂要充分干燥，否则液体进入锌槽，汽化后锌液四溅，造成安全 隐患。四、结语由于异型钢丝形状复杂、尺寸精度高、形状免切削和长度无限长等特性，因而 具有广泛的用途，因此对异形钢丝的研发势在必行。但是异型钢丝的研发难度很 大，针对不同用途和形状的异型钢丝需采用不同的方法进行生产，而且必须加强 控制好每一个工艺控制点。
