切割钢线生产过程中水基聚合物淬火工艺研究

王慧峰

摘  要：针对YJ29接装机使用水溶性加胶滤棒，烟支滤嘴切口出现拉丝、丙纤融化现象进行分析，得出产生该现象的主要原因是最后切刀切割水溶性加胶滤棒时切割区域温升过高，降低切削速度可以减少切削热，从而降低切割区域温升。采取改进措施给最后切刀电机加装变频器，通过实验确定了变频器合适工作频率，减少了切削热，降低了切割区域温升，减少了烟支滤嘴切口拉丝、丙纤融化现象。

关键词：水基聚合物;AQ110 淬火介质;切割钢线;工艺

中图分类号：TN305.1     文献标识码：A      文章编号：1006-8937（2015）36-0109-02

1   概  述

冷却是钢铁热处理生产的关键工艺，热处理的冷却包括退火、正火、淬火等。其中，淬火冷却要求高、技术难度大，一直是热处理生产关注的重点。淬火冷却速度过慢，就不能获得合适的淬火硬度和淬层深度;而冷却速度过快，又可能引起淬裂，或者淬火组织不稳定。而且，在工业文明飞速发展的今天，淬火液的成本、环保等因素越来越受重视。

淬火冷却工艺的关键是选择合适的淬火介质。合适的淬火介质必须是在淬火条件下能满足热处理要求，冷却速度恰到好处，使得淬火后的工件具备需要的加工或使用性能。切割钢线热处理生产具有大量、连续、长期不间断的特点，钢丝本身具有尺寸均匀、便于绕盘收放线，工艺状况一致的特点。基于以上特点，切割钢线生产要求淬火介质能满足单一工件随着时间延续处理的均匀性，不同批次淬火介质的稳定性及长期生产过程淬火介质的可维护性。切割钢线热处理生产的淬火冷却技术，要通过采用高质量、介质性能稳定的冷却介质、与介质匹配的运行设备，以及相关的用法技术，来消除或减小切割钢线各批次的性能差异，以确保获得更可靠的和均一稳定的热处理质量。

AQ110是一种浓度很高的聚丙烯酸酯钠水溶液，其它成分包括防锈剂、防腐剂、消泡剂等。作为淬火介质，通过钢丝间接受热的时候，形成的气泡不容易开裂。该淬火介质无油，无毒，能生物降解，不易燃。外观为轻微不透明的琥珀色的液体，随着温度的升高其流动性增强。通常，从淬火槽的结构设计、配备循环冷却以及加热系统、安设搅拌装置对介质做合理的搅动、使用工装具和有关的操作技术来改善介质均匀性问题。而介质冷却特性的长期稳定，则要靠冷却介质的稳定性，并进行合理的使用维护方法来解决。

切割钢丝生产过程中，经过拉拔的丝通过天然气明火炉加热到奥氏体温度以上并保温一定时间，在碳元素充分溶解到奥氏体中后，迅速浸入水基淬火液冷却，达到索氏体化温度附近时，在热空气中完成索氏体化后进行后续加工。

2  水基淬火液的浓度控制

AQ110水基淬火液的冷却特性决定于其中聚丙烯酸酯钠的特性和数量，其他提供辅助性能的添加剂对淬火液的冷却特性几乎没有影响。淬火液中所含聚丙烯酸酯钠聚合物的变化主要是量的变化和质的变化。量变是随着钢丝热处理的进行，聚合物会粘附在钢丝表面被带走;质变是聚丙烯酸酯钠的受热分解。在生产过程中，水基淬火液还会被钢丝表面氧化皮、杂质等污染而降低性能。

为了保证切割钢线热处理工艺的稳定性，基于日常使用的要求，AQ110水基淬火液必须保证在合适的浓度范围内波动。随着时间的推移，淬火液中的杂质会越来越多，有效成分分解，维持气泡的能力下降。因此，水基淬火液必须进行定期添加和更新，保证有效成分的含量，并定期进行沉淀，清理氧化皮等杂质。

聚丙烯酸酯钠具有很高的化学稳定性，在室温下与一般的酸碱不发生反应。当温度达到250 ℃以上且又有氧存在的条件下才被氧化分解。淬火过程中，粘附在工件表面的聚合物膜大部分受到周围的水分被气化保护而保持在不高于水沸点的温度。但紧接工件表面的部分仍然可能升到更高的温度而发生氧化分解。分解产物不再具有原来调整冷却特性的能力，而成为杂质成分存在于淬火液中。淬火液的浓度越高，热处理过程工件表面形成的聚合物膜越厚，发生这种失效分解的聚合物量也越多。热处理生产的产量及淬火液使用的时间也会加剧淬火介质的失效。

水基淬火液在钢丝表面形成气泡的能力与有效成分的浓度关系密切，也是保证淬火热处理的关键。浓度较低时，经过热处理的产品数据散差较大，冷却特性不稳定。浓度稍高时，数据一致性较好。但浓度过高会增加淬火液粘度，实际生产时随钢丝走线带出量增大，造成浪费。实践表明，在连续生产过程中，添加量维持在1升/吨，按日等量添加，淬火液浓度可以稳定控制在8%～10%。

3  水基淬火液的温度控制

水基淬火液与热处理工件的温差越大，淬火处理的工件散热的温度梯度越大，处理后的工件一致性越差。但受限于水基介质的沸点温度，水基淬火液的温度控制一般不高于90℃。而且，较低温度对降低能耗、淬火液日常维护的便利性都有好处。由于水基淬火液的冷却性能受淬火液温度的影响极大，在实际生产过程中，为了保证温度的波动范围尽可能小，需要采用循环加热的方式，并且保证足够的循环余量来带走钢丝的热量，达到淬火的目的。初始设计生产工况时，需要对循环系统进行试验，保证钢丝带入的热量恰好维持在循环散热的范围内。

由于钢丝的几何尺寸相对简单，直径均匀，内部等厚点的散热与组织转变程度基本趋于一致，所以给淬火热处理带来了极大地便利。处理后的钢丝性能均匀可靠。

4  水基淬火工艺

在确保水基淬火液有效成分及温度的前提下，保证钢丝浸入淬火介质前完成奥氏体化，通过调整淬火时间来达到需要的索氏体。形成索氏体的条件是奥氏体在450～550 ℃范围内完成等温组织转变。在切割钢线生产过程中，通过控制钢线走线速度和钢线在水基淬火介质的长度来达到这一目的。

钢丝从炉子中出来，得到均匀的奥氏体。如果冷却速度过快，一般得到坚硬的马氏体，无法拉拔。在水中加入AQ110后，能极大的提高水的表面张力，在热的钢絲表面形成一层蒸汽膜。钢丝在水基淬火介质中通过蒸汽膜与淬火介质进行热交换，实现钢丝的淬火冷却。钢丝在任何时候都不与水直接接触，索氏体组织转变结束前，钢丝与水直接接触会形成马氏体。根据连续冷却转变曲线，可以选择最适当的工艺规范，从而得到恰好的索氏体组织，达到提高强度和塑性以及防止组织缺陷的产生等。

在走线速度一定的情况下，钢丝直径越粗，浸液长度越长。而且随着钢丝直径的增加，浸液长度增加较大。实际操作时，通过处理后的钢丝抗拉强度检验组织是否合适。处理后的钢丝抗拉强度控制在1 270 MPa左右较为理想。以0.90 mm钢丝淬火热处理为例，钢丝线速度65 m/min，浸液长度500～700 mm，得到的钢丝抗拉强度在1 270 MPa左右，性能均匀稳定。

5  结  语

①水溶性聚合物淬火介质AQ110在生产中不仅提高了工件的热处理生产效率，得到了满意的热处理效果，还能减少环境污染和生产中的维护成本。

②淬火介质的应用是热处理行业的关键环节，使用AQ110淬火液处理高碳钢丝，工艺稳定可控，处理后的钢丝性能一致性良好，加工性能良好。

③由于钢丝具有形状单一，散热迅速，容易淬透的特点，所以比较适合使用AQ110淬火液。基于钢丝的热处理工艺，有必要对其它复杂工件进行淬火工艺试验，拓展AQ110淬火液的应用领域。

参考文献：

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