高等級彈簧鋼絲深度拉拔質量問題的研究

摘 要：SWRH82B高等級彈簧鋼絲因其高強度廣泛應用于重要工程領域。研究了SWRH82B彈簧鋼絲在深度拉拔過程中出現的質量問題，分析了影響因素，包括表面質量、異常微觀組織等，并提出了改善措施。研究結果表明，控制原料鑄坯質量、控制原料表面形成缺陷等是提高SWRH82B鋼絲拉拔性能的重要途徑。

關鍵詞：高等級彈簧鋼絲；斷裂；表面質量；中心孔洞

RESEARCH ON QUALITY ISSUES OF DEEP DRAWING OF HIGH GRADE SPRING STEEL WIRE

Zhu Junfeng Xu Jianhui Pang Rui Qian Xuehai Lan Gang

（Guangxi Liuzhou Iron and Steel Group Co.， Ltd. Liuzhou 545002，China）

Abstract：SWRH82B high-grade spring steel wire is widely used in important engineering fields due to its high strength. This article studies the quality problems that occur during the deep drawing process of SWRH82B spring steel wire， analyzes the influencing factors， including surface quality， abnormal microstructure， etc.， and proposes improvement measures. The research results indicate that controlling the quality of raw material castings and controlling the formation of defects on the surface of raw materials are important ways to improve the drawing performance of SWRH82B steel wire.

Key words： high-grade spring steel wire; crack; Surface quality; center hole

1 SWRH82B高等級彈簧鋼絲生產現狀

SWRH82B盤條具有高強度、高彈性極限等特點，主要應用于高強度金屬制品領域，其用途主要為預應力鋼絞線、彈簧鋼絲、鋼絲繩等。在使用過程中，盤條必須具備足夠的強度、較高的面縮率以及良好的拉拔性能，以滿足相關工藝和產品性能的要求。近年來，隨著市場形勢的變化，柳鋼著手進行高端彈簧鋼絲的研發，其中SWRH82B高等級彈簧鋼絲主要應用于各種精密儀器、設備、高檔家裝等領域，產品附加值較高，相關產品力學性能指標要求較高，同時在表面質量要求上有著嚴格要求。柳鋼利用現有表面預處理、熱處理、拉拔工藝設備，成功開發出了SWRH82B高等級彈簧鋼絲，同時也批量投入市場。但是在客戶的使用過程中，也出現了部分鋼絲產品制成彈簧后出現斷裂的情況，為此，對相關問題開展了專項研究。

2 問題的提出

φ1.9 mm SWRH82B高等級彈簧鋼絲的生產工藝流程如下：首先，選用φ5.5 mm SWRH82B原料盤條，對其進行表面預處理；隨后，將預處理后的原料盤條進行半成品拉拔，制成φ4.7 mm鋼絲。之后，對半成品鋼絲進行鉛淬火熱處理，并進行酸洗磷化處理。經過上述處理后，磷化鋼絲進入水箱拉絲機，最終拉拔成φ1.9 mm成品鋼絲。根據GB/T 4357-2022《冷拉碳素彈簧鋼絲》，SWRH82B彈簧鋼絲在出廠前已按照相關要求進行了檢測，抽樣產品未發現異常情況。然而，在客戶使用φ1.9 mm SWRH82B鋼絲生產彈簧的過程中，部分彈簧產品出現了斷裂現象。其中，試驗樣1如圖1所示，試驗樣2如圖2、圖3所示。為深入排查彈簧斷裂的原因，對拉拔過程中拉斷的試驗樣3也進行了相關檢測，檢測結果如圖4、圖5所示。

3 斷裂原因分析

通過對彈簧斷裂口形貌的觀察與分析，初步判定試驗樣1和試驗樣2的斷裂紋路起始于鋼絲表面。通常情況下，鋼絲表面的缺陷類型主要包括折疊、橫裂、劃傷等。由于在出廠檢驗時僅依靠目視檢查，未能發現鋼絲表面存在明顯異常，因此進一步采用場發射電鏡對試樣進行細致觀察，并借助金相顯微鏡開展金相分析。對于試驗樣3，經檢查其表面未發現明顯的缺陷，如刮擦傷、裂紋等，且其斷裂類型呈現為錐斷，由此可排除因表面缺陷導致斷裂的可能性。基于此，同樣對試驗樣3進行了金相分析。

3.1 表面形貌分析

試驗樣1、試驗樣2有整齊排列的近似等間隔的橫裂紋，且裂紋斷口微觀特征為均為韌窩特征，見圖6～圖9。

3.2 試驗樣1、試驗樣2金相分析

為進一步排查斷裂原因，對斷裂的試驗樣1、試驗樣2的橫截面、側面制成金相樣，將其磨拋后用4%硝酸酒精腐蝕后用金相顯微鏡觀察，觀察到橫截面邊部（與斷裂對應）均有異常組織，同時觀察到邊部裂紋深度約0.18 mm，見圖10～圖13。

根據電鏡及金相檢測結果，判斷試驗樣1、試驗樣2所使用的彈簧鋼絲存在局部縱向刮擦、因氧化鐵皮未去除干凈導致的潤滑不良會導致應力集中。刮擦區域的表面缺陷（如劃痕、裂紋等）及未去除干凈、附在鋼絲表面的氧化鐵皮會成為應力集中源，當受到外力作用時，這些區域的應力會顯著高于其他部位，在高應力狀態下，奧氏體組織可能會發生非擴散相變，直接轉變為馬氏體。這些異常組織導致生產彈簧時出現橫裂紋和斷裂現象。根據相關文獻，一般拉拔條件下，高碳鋼拉拔時每道次平均溫升為100～160 ℃[1]。如果拉拔過程中出現刮擦導致磷化膜脫落，或者拉絲粉、配模選擇不合理，很容易導致鋼絲表面溫度急劇升高，鋼絲表面出現脆性組織，會大幅增加橫裂現象出現的概率，在鋼絲表面發生應力集中的局部，會產生裂紋甚至發生斷裂。

3.3 試驗樣3金相分析

對試驗樣3橫截面、縱截面進行金相觀察，發現斷口處附近出現孔洞，未觀察到夾雜、組織不均勻、網狀滲碳體等造成錐斷的不良組織，見圖14～圖19。

根據上面觀察，判斷斷裂的主要原因是盤條存在中心孔洞。這類缺陷的存在破壞了盤條的整體性，拉拔時盤條截面變形不均勻，處于盤條中心的缺陷首先斷裂而產生尖狀斷口。盡管在軋制過程中，疏松和縮孔等缺陷能夠在一定程度上實現閉合，但其原始界面仍然存在。這些界面處的滲碳體膜的塑性相對較差，在盤條拉拔過程中，受到拉應力的作用時，容易產生裂紋，并沿著滲碳體膜等界面進行擴展，從而形成錐形裂紋區域。在更為嚴重的情況下，可能會導致拉拔斷裂，形成杯狀斷口。因此，減少82B硬線鋼在拉拔過程中斷絲現象的主要措施在于嚴格控制連鑄坯的中心偏析情況，并有效減少連鑄坯的中心縮孔缺陷。

4 結 語

在SWRH82B高等級彈簧鋼絲深度拉拔生產工藝流程中，涵蓋盤條表面預處理、鋼絲二次拉拔以及熱處理等關鍵工序。在整個生產過程中，必須嚴格把控工藝潤滑環節，并加強對鋼絲刮擦傷的管控，以防止鋼絲表面出現異常且有害的組織結構。此外，還需高度重視原料盤條的質量控制，避免盤條出現中心孔洞等缺陷。特別是對于SWRH82B高碳鋼種且用途極為重要的產品，除進行常規的目視檢查以評估表面質量外，還需開展金相檢測與無損探傷檢測，通過多種檢測手段相結合的方式，進一步降低相關產品的質量風險，確保產品質量的可靠性和穩定性。

參考文獻

[1] 毛愛菊.預應力鋼絲連續高速拉拔時的溫升與降溫［J］.金屬制品，2003（1）：10-11.

第一作者：朱俊峰，男，47歲，工程師