書釘生產過程中鋼絲變色問題分析

于喜彬，陳錦，孟丹，許長慶，呂成斌，魏亞平，呂鵬

（1. 天津華源線材金屬制品有限公司，天津301600；2. 天津機電職業技術學院機械學院，天津300350；3. 河北工業大學材料學院，天津300400；4. 天津市飛鴿集團聯合化工廠，天津300163）

電鍍鋅鋼絲在國內發展很快［1］，應用涉及也非常廣泛，其中應用之一的書釘大多采用Q195的鍍鋅改拔鋼絲生產。鋼絲經過改拔，然后軋制粘接成型。由于改拔和軋制不是同步進行，鋼絲在改拔后需要放置一定時間，在此期間鍍鋅鋼絲表面有時會發生變色（藍綠色）的現象，見圖1。

鍍鋅產品無論是線材還是板材［2-3］，大多具有一定的裝飾性能要求，變色鋼絲軋制出的書釘顏色不均勻，對于產品的銷售將產生巨大影響。在南方地區，特別是梅雨季節，改拔鋼絲變色經常發生，鋼絲一旦發生了變色則基本報廢。筆者對已經變色的鋼絲進行了金相分析，并與未變色的鋼絲的金相進行了對比。將未充分酸洗和已充分酸洗的鍍鋅鋼絲進行了對比濕熱試驗，進一步研究了鋼絲表面帶有殘留氧化物對鋼絲耐腐蝕性能的影響［4］。

圖1 鍍鋅鋼絲表面呈藍綠色Fig.1 The blue-green surface of the galvanized steel wire

1 實驗

鋼絲樣品由浙江武義恒鳴文教用品廠生產。采用德國萊卡金相顯微鏡對樣品進行金相分析，使用北京產桑普達濕熱試驗箱進行鋼絲的濕熱試驗。對變色和不變色的試樣進行金相分析后鍍鋅，制備不同上鋅量的鋼絲并進行改拔，隨后進行濕熱試驗，實驗溫度保持在50±2 ℃，濕度為95（+2%，-3%）。濕熱試驗以鋼絲表面明顯形成的綠色斑點為失效，并記錄相應的時間。

2 結果與分析

2.1 金相分析結果

圖2 為變色鋼絲的軸向（a）和徑向（b）的剖面形貌。可以發現，變色改拔鋼絲表面粗糙［5-6］，改拔后鍍鋅層非常薄，不足以包覆鋼絲的全部，局部發生鋼絲暴露，并且發現鋼絲表面存在氧化物。

圖2 變色改拔鋼絲剖面形貌Fig.2 Discoloration changes the steel wire the profile appearance

同樣測試了不變色鋼絲的軸向和徑向的剖面形貌，結果見圖3。發現改拔絲鋼絲表面均勻，改拔后鍍鋅層較厚，足以包覆鋼絲的全部基體，沒有發生鋼絲暴露在空氣中的現象，可以保持產品顏色的穩定性。

圖3 未變色改拔鋼絲剖面形貌Fig.3 The profile morphology of steel wire without discoloration

綜合分析認為，質量差的改拔鋅層很薄，不均勻，內部鑲嵌氧化物。造成變藍現象是由于氧化物從鋅層中暴露出來，與空氣接觸，形成藍綠色化合物，從而導致鋼絲呈藍綠色。值得注意的是，原始鋼絲表面鍍鋅層中存在一定數量的氧化物，經過電鍍后氧化物包裹在電鍍層內。觀察沒有經過拉拔的鋼絲時，可發現鍍鋅層內部存在有氧化皮，見圖4。表面粗糙不平整是在改拔過程形成的。這些氧化物的存在，說明鋼絲電鍍鋅之前酸洗不徹底，更深層的原因是拔絲前鋼絲表面的氧化物去除不徹底［7］，也可能在拔絲后的退火過程中生成了新的氧化物。

圖4 改拔前鋼絲表面鍍層包裹氧化物Fig.4 Before the change of wire surface coating wrapped oxide

2.2 濕熱試驗

為了衡量鋼絲表面的氧化物對其耐腐蝕性能的影響，分別對充分酸洗和不充分酸洗的鋼絲進行了濕熱試驗，結果見圖5。鋼絲的上鋅量分別是20 g/m2，25 g/m2，30 g/m2，40 g/m2。結果表情，充分酸洗的鋼絲經過電鍍后，出現綠色銹斑的時間要遠遠長于酸洗不徹底的鋼絲，這說明生產工藝中的酸洗的重要性。

對于如何避免鋼絲表面存在氧化物，第一要加強拔絲過程中的彎折除銹、砂帶打磨等工序；其次，隨后的退火工藝需在還原性氣氛，如氨分解氣中進行，盡量減少鋼絲表面生成新的氧化物［8］，從而使得電鍍過程中的在線酸洗可以將鋼絲表面徹底清洗干凈，若可采用電解酸洗則效果更優。

圖5 濕熱試驗結果Fig.5 Damp heat test results

3 結論

1）變色的鋼絲表面粗糙并在鍍鋅層中存在氧化物，改拔后鍍鋅層非常薄，有相當一部分氧化物暴露于空氣中，使得鋼絲變色；沒有發生變色的鋼絲改拔后表面鍍層均勻致密，厚度足以包覆基體，無鋼絲暴露現象。

2）電鍍層中氧化物的存在說明鋼絲電鍍鋅前酸洗不徹底，鋼絲拉拔前表面氧化物去除不徹底影響了酸洗質量。

3）濕熱試驗驗證了酸洗在電鍍改拔絲生產中的重要性，鋼絲經過充分酸洗后再進行電鍍，其耐腐蝕性能顯著提高。