鋼絞線拉絲涂膜工藝研究

劉飛躍

（福建省三鋼明光實業發展有限公司，福建 三明 365000）

近年來，國內鋼絞線行業競爭愈發激烈，國家環保形勢日益嚴峻。現行主流拉絲工藝有酸洗、磷化等工序，其中酸洗工序使用的鹽酸存在安全隱患，使用風險較高。酸洗、磷化工序對環境有一定的污染，其產生的污水和廢棄物處理成本較高。隨著免酸洗盤條、免酸洗涂膜劑研發、成熟運用，取代酸洗除銹、磷化拉絲工藝研究與應用應運而生，通過改進82B盤條氧化鐵皮剝離率和免酸洗涂膜劑的涂膜潤滑效果，使得免酸洗涂膜工序已可取代酸洗、磷化等拉絲前處理工序，其具有成本低、節能環保、安全、操作簡單易學，維護成本低、節約占地面積等優點。

1 傳統酸洗磷化工藝改進的必要性

鋼絞線用82B盤條生產過程中會產生一定量的氧化鐵皮，這些氧化鐵皮最外層是Fe2O3，中間層是Fe3O4，第3層是Fe3O4和FeO的混合物。拉絲生產過程中需將盤圓基體表面氧化鐵皮通過酸洗去除，得到表面光潔、無銹蝕的鋼絲再經過磷化皂化。傳統鋼絞線拉絲工藝：酸洗（去除盤條表面氧化鐵皮）→磷化（加熱磷化液中浸泡）→皂化（加熱皂化液中浸泡）→拉絲（吸附拉絲粉后拉絲機組拉絲）。其中酸洗除銹方式經常使用鹽酸，酸洗工藝環節如果掌握不好，酸洗不合格盤條會對拉絲工序產生很大影響，鋼絲酸洗時，由于酸洗液與金屬基體的化學反應生成原子氫，這些新生成氫的一部分結合成分子，變成氣泡逸出槽外，另一部分以原子狀態，向金屬內部擴散使鋼絲中晶格擴張，出現改變鋼絲力學性能的應力。就是人們常說的“酸洗氫脆”又稱“氫脆”酸洗液工作一段后需整個重新換液，鹽酸廢液排放對環境污染嚴重，需經過專門的廢酸處理廠重新加工處理，整個操作控制繁雜。磷化、皂化主要作用是便于拉絲前吸附拉絲粉，以得到良好的潤滑涂膜，保障拉絲質量。酸洗、磷化過程中需及時添加補充磷化液以保障溶液濃度，工作一段后需整體重新換液處理磷化渣，磷化渣排放對環境有污染。針對以上傳統酸洗磷化皂化拉絲工藝使用化工材料多，污染較大，工序繁瑣，操作要求高的現狀，通過技術革新，實現簡單易操作、節能環保的新拉絲工藝勢在必行。

2 涂膜工藝技術突破

2.1 免酸洗82B盤條開發

國內外研究人員對于高碳鋼盤條的機械除磷已做了大量的研究，印度Tata鋼鐵公司的A.Chattopadhyay利用熱模擬方法研究了高溫下氧化鐵皮的形成，實驗研究結果表明，Fe2O3的形成導致盤條機械除磷效果的降低，而Fe3O4和FeO作為非附著性氧化物，更容易被去除掉。同時發現，較高的吐絲溫度和較快的冷切速率抑制了Fe2O3層的形成。鞍鋼研究了不同軋制和吐絲溫度條件下盤條表面氧化鐵皮機械除磷性能，隨著盤條軋制和吐絲溫度的提高，盤條氧化鐵皮中的FeO含量不斷提高，氧化鐵皮中的Fe2O3和Fe3O4含量不斷降低。隨著軋制和吐絲溫度升高，盤條氧化鐵皮厚度增加，但增加的速度在高溫區降低。盤條氧化鐵皮質量百分比隨軋制和吐絲溫度的變化規律與厚度的變化規律一致。盤條的機械除磷性能隨著軋制和吐絲溫度的增加而提高[1]。福建省三鋼明光實業發展有限公司（以下簡稱三鋼）通過與高校合作開發了出了免酸洗82B盤條，其氧化鐵皮從小條狀脫落變成了長條脫落，且條狀氧化鐵皮的尺寸明顯增加，粉末氧化鐵皮量明顯減少。普通82B盤條與免酸洗82B盤條氧化鐵皮剝離效果圖見圖1。

圖1 82B盤條不同生產工藝下氧化鐵皮脫落形態

由于免酸洗82B盤條的開發，因此可采用彎曲剝殼除銹方式代替原先的酸洗除銹工序，取消鹽酸的使用，彎曲剝殼除銹后的鋼絲表面無殘留的酸或鹽，從根本上避免氫脆等問題的產生，且基本達到了原酸洗除銹工序的去氧化鐵皮的效果。

2.2 涂膜劑的開發

涂膜劑作為一種無渣、無排放、拉拔速度快、防銹力強的金屬表面處理劑，可用于在線涂膜、直接模盒成膜、酸洗+浸泡成膜。三鋼所采用的涂膜工藝是在線涂膜，涂膜工序主要是為了取代磷化和皂化，通過試驗對不同濃度、涂膜溫度、涂膜時間等工藝參數的變化對涂膜重量的影響，發現在涂膜濃度17%~19%，溫度70~75℃，涂膜時間大于60 s。能夠保證單位涂膜的涂膜質量大于9 g/m2，且能夠達到理想的拉拔效果。不同涂膜液濃度，涂膜溫度及涂膜時間對涂膜質量的影響見表1－表3。

表1 涂膜液濃度16%、涂膜時間60 s時不同涂膜溫度下的涂膜質量

表2 涂膜液濃度16%時、涂膜溫度75℃時不同涂膜時間下的涂膜質量

表3 涂膜時間60 s，涂膜溫度75℃時不同涂膜液濃度下的涂膜質量

3 采用涂膜工藝生產的鋼絲產品的性能

3.1 鋼絲生產工藝及性能

三鋼生產的鋼絲直徑為Φ5.05 mm，拉拔道次為9道次，原料盤條為82B-Φ12.5 mm,原料盤條抗拉強度為1 150~1 200 MPa，拉絲速度4.2~5.0 m/s，鋼絲模盒出線線溫控制在130~180℃，鋼絲產品性能見表4。

表4 鋼絲產品生產工藝及性能

3.2 鋼絞線產品性能

采用免酸洗涂膜工藝生產的鋼絲，其在捻制過程中的張力及加熱溫度與酸洗磷化工藝生產的鋼絲捻制工藝參數一致，生產的鋼絞線成品的各項性能指標均能夠滿足GB/T 5224—2014對應規格產品的要求，鋼絞線具體的力學性能檢測結果見表5。

表5 鋼絞線產品性能

4 結語

免酸洗涂膜工藝可以替代酸洗磷化工藝，其中免酸洗82B盤條以及涂膜劑的開發是關鍵，其直接影響拉絲拉拔速度、模具消耗、鋼絲表面質量。采用免酸洗涂膜工藝后，三鋼生產線大大減輕了工人的勞動強度，改善了車間的工作環境，消除了廢酸和磷化渣的污染、排放，降低了生產成本和能耗，其生產的鋼絞線產品質量均達到了酸洗磷化工藝處理的水平，為實現清潔生產創造了有利條件，達到經濟效益和社會效益雙豐收。