1 前言

        随着海工绳、矿井用绳、特殊桥用绳等对防腐性能及机械性能的要求越来越高，要求要使用50年以上，目前，在同一锌层厚度前提下，先热镀锌再拉拔的钢丝的防腐性能是先拉拔再电镀锌的1.5-2倍，而同样厚度的锌铝稀土合金层的防腐性能是纯锌层的2-3倍，因此采用先镀后拉的5%锌铝稀土合金镀层（后简称锌铝）是发展的趋势。

为了使钢丝更具优良的防腐性能，现欧美日韩等国家生产2.50-3.20mm规格的1960级AB类镀锌丝时，基本上都是采用先热镀锌铝再拉拔的新工艺来替代先拉后电镀锌生产，先热镀锌铝再拉拔的钢丝由于锌层致密并经过拉拔挤压压实，锌铝层更致密，防腐性能更好，但主要问题是该种方式拉拔困难，作业率低，拉拔时锌层脱落严重，上锌量达不到要求，此外由于镀锌铝丝拉拔时润滑不好，无法正常生产拉拔。目前在国内，先镀后拉的小丝、强度要求稍低的钢丝（2.0mm以下，1770级以下）多采用水箱拉丝机进行拉拔，而成品规格在大于2.50mm规格以上1770级以上的钢丝用水箱方式无法拉拔，只能试用干式拉丝机方式进行拉拔，目前，国内还没有一家该类产品实现高效率生产。为止，笔者从工艺流程设计、改进拉丝模质量、优化拉拔路线等方面入手进行工艺生产研究。

        2试验方法

        试验材料为82B钢盘条。盘条实测直径为8.15-8.05mm，强度为1180-1220 MPa，盘条索氏体化率80%-85%。该钢丝锌层重量要求大于171g/m2，成品要求强度在1990-2200MPa，扭转大于22次，弯曲大于10次。试验成品拉拔采用可无极调速的直进式拉丝机，钢种成分见表1。

        2.1工艺设计

        2.1.1中间半成品设计

        依据82B料热处理后的强度、实际公差的影响以及热镀锌铝时强度的损失，拉拔机台生产的实际增值系数，根据屠林科夫公式：

Rm=KRmB（D/d）1/2（1）

        式1中：Rm为成品实际强度；K为波动系数；RmB为钢丝热处理后索氏体组织的强度。根据现场的生产实际情况，RmB取1300-1340MPa，K取1.0。同时考虑热镀锌铝后钢丝强度降低和公差的影响，通过计算，热处理时的半成品直径设计为7.50mm。

        2.1.2上锌量过程设计

        根据经验公式：

        W成品=（K×（W半成品×d））/D（2）

        式2中：W成品为成品上锌量；K为锌层波动系数；W半成品为半成品上锌量，g/ m2；D为半成品直径，mm；d为成品直径，mm。计算时W半成品取300-350g/m2，d取2.63mm；W成品取171 g/m2；K锌层波动系数在不存在严重刮锌时取0.95-0.98。通过计算设计，中镀直径（即镀锌时钢丝直径）的半成品设计为4.5mm。

        2.2工艺流程

经中间半成品工艺设计后，确定了最终的工艺流程：8.0mm82B-经酸洗磷化拉拔至7.50mm-7.50mm经卡电加热铅淬火等温索氏体处理-经酸洗磷化拉拔至4.50mm-进行热镀锌铝-再拉拔至成品规格2.63mm。

        3试验结果与讨论

        3.1拉拔工艺的影响

        镀锌丝因为表面不如磷化钢丝自身润滑性好；拉拔时润滑粉带入量少；同时表面较软，锌层容易脱落，合适的拉拔路线对锌层质量与生产效益有很大的影响，为找到合适的拉拔路线，本研究用普通拉拔高碳钢的拉丝模进行了不同压缩率拉拔路线试验，采用不同道次拉拔时模盒内刮锌情况见表2。从表2中试验数据可知，采用5道次、6道次时，由于部分压缩率相对较大，造成钢丝拉拔时刮锌严重，这主要是锌铝层较软，不适合高压缩率所至。采用7道次生产时，部分压缩率较小，能生产，但生产时各模盒内都出现了刮锌。采用8道次、9道次生产时，平均部分压缩率适中，能顺利组织生产，其各道次的压缩率在7%-16%之间。采用9道次时，生产车速最快，可达180m/min。但因润滑粉、拉丝模、锌层表面质量等还未达到最佳，生产过程中还是存在少量刮锌现象。

        3.2拉拔粉的影响

        因镀锌丝拉拔时拉拔速度慢，拉拔时模内产生的温度相对较低，故拉拔粉软化所需温度也相对较低。选择合适的拉拔粉对镀锌钢丝拉拔是很有必要的。为此，根据现有的润滑粉，逐一进行试验。试验时采用8道次进行，生产车速固定为150m/min，拉拔粉试验情况见表3。由表3可知，使用DYH-38（钙系）效果最好，基本能正常组织生产。分析认为GG88为钠系拉拔粉，在低速拉拔时由于钢丝拉拔产生的温度较低，GG88的软化点较高（200-250℃），故不适合镀锌丝的拉拔生产；DH-2、DYH-38为钙系拉拔粉，其软化点温度在150-180℃，更适合镀锌丝拉拔；而DYH-38是合资厂家，其对钢丝的粘附性比国产的DH-2要好，因此用DYH-38生产镀锌丝拉拔时效果更好。

        3.3拉丝模的影响

        镀锌铝丝表面由于带粉量差，锌铝层较软，拉拔时摩擦阻力大，普通的拉丝模由于工作锥角度、入口锥角度、出口

锥角度、定径带长度、生产材质等在拉拔镀锌铝丝时容易刮锌、拉毛、拉超差，甚至模破，为了提高生产作业率，我厂与某拉丝模厂合作开发了专用的拉拔镀锌铝丝的专用直线模。该模的使用效果与普通模比较，效果明显，试验时，拉拔路线为8道次，拉拔粉采用DYH-38，使用情况见表4。从拉丝模使用情况来看，拉丝模的材质质量和工作锥、定径带等工艺参数的合理性至关重要。该专用镀锌模与普通拉丝模相比有如下特点：一是对所用烧结的材质配方进行了改进，优化了烧结碳化钨粉（钴作黏结剂）颗粒大小比例、增加其他有益添加剂，同时确保颗粒的均匀性。二是改变以往普通炉的烧结方式，从国外进口先进设备，实现负压烧结，使得烧结后材质更加紧致。改进后材质硬度更加均匀，其硬度从普通的83-87HRA，提高到90-93HRA。三是为确保拉拔时拉丝模不破裂，优化了拉丝模与模套的结合紧密度。四是对模子的工艺参数进行了改进，使得润滑粉更容易带入，润滑粉结焦物更容易带出。

        3.4效果

        通过以上改进后，用该工艺生产了2.63mm1960级AB类锌铝钢丝共计32.3t，其机械性能统计见表5。从统计看，各项指标均超过标准，效果很好。锌层情况统计见表6，从跟踪情况看，达到了预期结果。目前，该生产工艺已经推广使用，2021年全年生产了合格产品400t。

        4结论

        要想实现高强度镀锌铝（锌）丝的顺利生产，在确保镀锌铝（锌）拉拔前的质量外，拉拔时要根据锌铝（锌）的特点确定拉拔工艺路线。部分压缩率与普通高强度磷化后钢丝拉拔比较，部分压缩率要小得多，要根据不同情况作调整。拉丝模材质质量和工艺参数至关重要，只有采用经特殊工艺配方、先进烧结工艺以及适应的模芯厚度、工作锥度、出口锥度、定径带等的专用拉丝模才能实现该类产品的顺利拉拔。润滑粉也是影响生产效益的环节，合适的润滑粉相当重要。只有将以上各要素做到最好，才能确保高强度镀锌铝（锌）钢丝的顺利生产，保证产品质量优质。

表1  盘条的化学成分

C	P	S	Si	Mn	Cr	Ni	Cu
0.81-0.83	0.011-0.021	0.005-0.01	0.22-0.28	0.19-0.226	0.04-0.08	0.04-0.08	0.02-0.052

 

表2不同道次拉拔时模盒内刮锌情况

拉拔总道次	平均部分压缩率，%	刮锌情况描述
5	19.33	第一和二道次，积线时刮锌严重，股未继续执行
6	16.39	完成前五个道次，前四块积线时均出现少量刮锌，在第五道次拉丝模破裂，故未继续执行
7	14.23	生产工程中。生产车速太慢，车速只能维持在50-100m/min开机在0.5小时后各拉丝模盒都出现明显的刮锌，故生产3轮后停止生产
8	12.56	能正常开机，车速可维持在150m/min，各拉丝模盒出现少量刮锌。
9	11.25	能正常生产。车速可维持在180m/min，各拉丝模盒出现微量刮锌

 

 

表3  拉拔粉试验情况

拉拔粉型号及名称	生产情况记录
GG88（纳系）	生产0.5h后，各拉丝模盒都出现少量的刮锌
DH-2（钙系）	生产0.5h后，第二到第六模盒出现少量刮锌，生产8小时后，模盒内锌渣明显
模盒DYH-38（钙系）	生产3小时后，各模盒出现微量锌渣

 

表4  拉丝模使用情况

拉丝模名称	拉拔效果
普通拉丝模	生产3h，各模盒出现少量锌渣生产速度可在150-180m/min
专用镀锌拉丝模	在生产车速180m/min先生产跟踪8h，各模盒均没有出现锌渣，后逐渐生产车速提高到280m/min，生产也很正常，当速度达到330m/min时，模盒出现轻微的锌渣，为保证钢丝的表面质量和上锌量，生产中将生产车速固定在280-320m/min

 

表5   机械性能统计

成品强度，Mpa			成品扭转值，次			成品弯曲值，次
标准（1990—220Mpa）			标准（≥22次）			标准（≥10次）
最低	平均	最高	最低	平均	最高	最低	平均	最高
2023	2065	2131	27	28	33	15	18	16

 

 

表6 锌层情况统计

上锌量，g/m2			表现情况
标准，≥171g/m2			无拉毛，拉伤等缺陷
最低	平均	最高
181	189	210	表面光滑，干净