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1960MPa级制绳钢丝生产工艺研究

作者: admin 编辑: admin 来源:admin 发布日期:2021-08-27 15:28
信息摘要:
海洋油气资源勘探技术的飞速发展,极大地拉动了海工钢丝绳的市场需求。海洋用镀锌钢丝绳使用环境恶劣,时间跨度长,对钢丝绳的总体性能要求高,不仅要求钢丝镀锌加工后依然有
海洋油气资源勘探技术的飞速发展,极大地拉动了海工钢丝绳的市场需求。海洋用镀锌钢丝绳使用环境恶劣,时间跨度长,对钢丝绳的总体性能要求高,不仅要求钢丝镀锌加工后依然有较高的抗拉强度,还要确保其有足够疲劳寿命-。为了获得高强度钢丝绳,最有效方法是提升钢丝强度。提高高碳钢丝强度的方法有以下几种:提高原料盘条强度;提高拉拔过程的总压缩率;提高拉丝过程的加工硬化率。对于第3种方法又可以通过以下措施实现:减少珠光体片层间距;添加Si和V对珠光体中的铁素体进行固溶强化和沉淀强化;提高渗碳体含量即C质量分数。
通过对生产过程的分析,提高钢丝强度的3种方法均可实现,笔者对抗拉强度级别为1960MPa,弯曲次数≥12次,扭转次数≥35次的05.0mm制绳钢丝生产工艺进行探讨。

1原料选择
1.1元素分析
C和Mn能适当提高材料强度,但改变镀锌过程中其最高侵蚀速度的临界温度,如含Mn质量分数
0.4%钢的临界温度为490℃,而含Mn质量分数
1.4%钢的临界温度降为450℃。受连续铸钢过程中硅脱氧剂的影响,钢结构中均有一定量的Si,在镀锌过程中Si对Fe-Zn合金层生成的影响比C更显著,少量的Si(如质量分数大于0.2%)会大大增加Zn对钢基的侵蚀程度,且因Si可有效抑制渗碳体的分解,对熔融镀锌钢丝有抑制强度下降的能力日。为提升钢材本身的强度可适量加入V0,V在钢基中的作用主要是固溶强化,固溶强化能提高基体强度和硬度;能与C、N等形成碳氮化合物,溶入奥氏体中阻止晶粒长大;作为碳化物质点二次析出,沉淀强化。而钢中Cu会降低镀锌层的厚度,并且提高侵蚀速度的临界温度,所以在选择材料时,需将Si质量分数控制在0.2%左右,Cu质量分数控制在0.1%以下。试验选用82B盘条为原材料,82B盘条化学成分见表1。
1.2原料直径
根据K·w·屠林科夫简化公式和K.IⅡ波捷姆金公式计算钢丝拉拔后抗拉强度
0.=k0io √D/a,(1)
式(1)中:,为拉拔后钢丝抗拉强度,MPa;oi。为拉拔前盘条抗拉强度,MPa;K为与拉拔条件有关的时效硬化系数(拉拔系数);D为盘条直径,mm;d为拉拔后钢丝直径,mm。
由式(1)可以看出,在盘条直径D和钢丝直径d一定的情况下,钢丝的抗拉强度0,和盘条的抗拉强度ao成正比,根据生产实际计算选取014mm
82B盘条抗拉强度不小于1180MPa,拉拔系数K=
1.04,钢丝抗拉强度达到2050MPa,满足生产要求。

2生产工艺探讨
2.1酸洗
高碳钢盘条中碳质量分数较高,微量合金元素较多,如Mn、Cr、Si等,酸洗质量难以控制,使盘条质量受到影响,局部表面会出现手感粗糙等现象。结合生产实际情况,改进盐酸槽内Fe2*和盐酸质量浓度,确定氯化亚铁的溶解度与盐酸质量浓度的配比,并在酸槽中添加适量的缓蚀剂确保在酸液表面形成泡沫层。酸洗温度约25℃,酸洗时间5~20min。
盐酸酸洗能够有效溶解氧化铁皮,同时所生成的氯化亚铁易溶于水,所以盘条在磷化前能清洗干净。一般用盐酸酸洗后,盘条表面质量较好,具有清洁、光亮、没有斑点的光滑表面。
为了提高碳钢盘条表面清洗质量,优化酸洗后盘条表面效果,满足后续工序要求,结合生产实际,对不同的酸洗时间和添加的缓蚀剂质量分数进行试验。将酸槽浓度分为2组,分别改变酸洗时间和缓蚀剂的质量分数,观察酸洗后盘条表面质量,生产过程中的盐酸酸洗工艺参数见表2。酸洗时间及缓蚀剂质量分数对酸洗效果的影响分析见表3。
通过试验对比发现,第2组盘条表面光泽最好,且光滑无黏滞,第7组盘条其次。82B中的碳和锰元素质量分数较高,酸洗速率较其他钢种快,故酸洗时间不宜过长,通过生产可知:对于14mm的大直径盘条,缓蚀剂的添加量应略大于较小直径的盘条。由试验看出在酸槽酸液浓度整体较低的情况下,第7组可以通过增加酸洗时间达到与第2组试验相近的盘条表面状态,但在实际生产中一般选用第2组生产条件。
2.2磷化
查阅资料在相同磷化参数情况下,大直径82B盘条反应时间不同,反应速度不同,使盘条磷化膜厚度有一定的差异,在拉拔过程中摩擦增大,发热量升高,造成拉丝粉失效快、结焦加快。磷化膜过薄,钢基易直接和模芯接触,使拉丝粉、拉丝模消耗加快;磷化膜过厚,不易携带拉丝粉,且耐腐蚀性差。针对大规格、高强度用82B盘条在生产中的拉拔要求,对盘条表面成膜质量及膜重等方面进行分析。拉拔测试表明,磷化膜结合紧密且磷化膜面质量为9.5~
10.5g/m2时更有利于拉拔,在磷化过程中除了磷化时间外,主要控制3方面:(1)增大酸比,提高PO:-离子浓度降,以提升成膜速度,将工艺参数中的酸比(总酸度与游离酸的比值)由6提升到8;(2)
加大促进剂点数的控制,确保成膜速度,防止副反应;(3)稳定槽液pH值,维持钢基腐蚀量。在实际生产中可通过添加一定量的NaF 来维持pH值的稳定日,经验表明,NaF质量浓度约为0.3 g/L时,高碳钢的腐蚀速度加快,使钢基表面更有利磷酸盐晶体成核,磷化膜形成速度加快,结构更均匀致密。
2.3拉拔半成品
拉拔过程中的拉拔强化是层状间隔的细微化、铁素体网络化、铁素体位错密度增加等共同作用的结果。82B盘条组织均匀,铁素体与渗碳体的弥散程度高,因此具有良好的拉拔性能。
2.3.1拉拔设备
拉拔采用自行研制的11/1270直进式拉丝机。这种拉丝机技术先进,冷却效果好,调整范围大,适应性强,能保证钢丝具备高强度、高韧性。设备采用交流变频调速,PLC自动控制和先进的支持软件以及卷筒窄缝式水冷、卷筒风冷,模具采用高压封闭式水冷冷却等技术,主控台配置人机接口液晶显示屏,可准确显示设备运行状态和拉拔速度等参数,并具有报警提示功能,设备故障可实现自动停机,能确保钢丝的质量满足工艺要求,其中第1、4、7、11道次模盒为旋转模盒,11/1270直进式拉丝机主要技术参数见表4。

3结论
对05.0mm1960MPa制绳钢丝生产工艺进行研究,并探讨了拉拔过程中影响钢丝性能的因素。通过采用合理的酸洗工艺参数,添加适量的缓蚀剂,改进原有的磷化工艺,控制拉拔过程中的关键因素,使用11/1270直进式拉丝机可以生产出高强度、良好韧性的05.0mm1960MPa级制绳钢丝。

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