钢丝生产概述

张学辉 王鸿利

摘 要：介绍了钢丝生产中的表面准备、热处理、拉拔、镀（涂、包覆）层等主要生产工序。钢丝生产用到的拉丝机和辅助设备。钢丝生产行业发展方向是实施知识产权战略、实施标准战略、实施品牌战略、绿色生产、加强产学研合作。

关键词：金属制品 钢丝 拉丝 发展方向

中图分类号：U44 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）04（c）-0117-03

我国钢铁行业取得了举世瞩目的成就，但是目前钢铁企业面对产能严重过剩、资源与环保的双重压力等困境，整个行业都在创新转型求发展，钢材深加工成为关注的焦点。世界发达国家钢材的综合深加工比已达50%以上，我国钢材的深加工比例在25%左右。线材制品（钢丝及其制品）属于钢材深加工方法之一，有越来越多的应用领域，具有广阔的发展前景。

1 钢丝生产主要工序

钢丝生产是以热轧线材为原料，经过表面准备、热处理、拉拔、镀（涂、包覆）层等四大主要工序加工而成。按成品钢丝的不同需要，可能还需进行扒皮、磨光等辅助工序。

1.1 表面准备

表面准备的任务和主要目的是去除氧化皮和涂覆润滑载体。

线材表面氧化皮的存在会造成钢丝表面缺陷和模具过早损坏，甚至会阻塞模孔，致使拉拔断裂。碳素钢线材表面氧化皮的去除方法有：机械法、化学法、电解酸洗法。机械法包括：反复弯曲法、喷丸处理法、组合式处理法等。化学法包括：盐酸酸洗法、硫酸酸洗法、超声波酸洗法。电解酸洗法分：阴极法、阳极法、阳极阴极交替法。合金钢线材表面氧化皮的去除方法有：混合酸洗法、熔融盐处理法、苛性钠高锰酸钾溶液浸洗法等。[1]

为保证润滑剂能牢固地粘附在丝材表面，能顺利的进入拉拔变形区，达到预期的润滑效果，拉拔前要对丝材进行涂覆润滑载体。一定粗糙度的润滑载体（涂层）将润滑剂载入模孔内，和润滑剂一起组成足够厚的润滑膜，这就是润滑涂层。钢丝的涂层种类较多，常用涂层有：磷化、涂硼砂、镀铜、皂化、涂石灰等。

1.2 热处理

钢丝生产中的热处理按先后分为三种：预先热处理、中间热处理、最终热处理。预先热处理是指线材在拉拔前进行的热处理，其目的是提高热轧线材的索氏体含量、提高线材的塑性和消除组织的不均匀性。中间热处理是拉拔工序之间的热处理，目的是为了消除钢丝在拉拔过程中所产生的冷加工硬化现象，恢复钢丝的塑性，以便继续拉拔。最终热处理是在成品钢丝拉拨前或拉拔后进行的热处理，目的是为了确保成品钢丝的最终机械性能或物理性能。热处理方法有：等温淬火处理、退火处理、正火处理、回火处理、调质处理等。

1.3 拉拔

经表面准备后的线材，通过轧尖机将端部轧细，穿过拉丝模，在拉丝机拉拔力和拉丝模模壁压力的作用下在模孔中进行塑性变形，获得与模孔断面形状相同的钢丝。钢丝拉拔过程的三大要素是拉丝模、冷却和润滑，它们直接影响拉拔过程和钢丝质量。

1.3.1 拉丝模

拉丝模是实现钢丝顺利拉拨的主要工具。拉丝模具直接影响到钢丝产品的尺寸精度、表面质量、力学性能，而且还关系到能源消耗、生产效率。钢丝生产中应用的拉丝模具按材质分：硬质台金模、金刚石拉丝模、人造聚晶金刚石拉丝模、涂层拉丝模、陶瓷拉丝模。我国拉拔钢丝现在使用的模具主要是硬质台金模。硬质台金主要由碳化钨和金属钴组成。碳化钨是合金的骨架，起耐磨作用；金属钴是粘接剂，能改善合金的韧性。硬质合金拉丝模全部是直线形拉丝模，由入口区、工作区、定径带和出口区组成，其特征是模孔孔型的每部分均呈直线形，并且每两条相邻直线交接部分呈折线状。直线形拉丝模适应了高速拉丝的要求。硬质合金拉丝模由模芯和模套两部分组成，模芯分为A型、B型、C型、D型、E型和F型，模套分为Z型和K型[2]。

1.3.2 冷却

在拉拔过程中，变形和摩擦会产生大量热使钢丝温度急剧上升。拉拔发热引起的危害有润滑剂的润滑失效，模具寿命缩短，钢丝表面质量下降或拉断。拉拔产生的热量只有不足20%传递给模具，80%以上被钢丝带走，这些热量需要通过模具和拉丝卷筒散发。模具冷却有间接水冷、自流水冷、强制水冷和直接水冷等方式。线材拉拔过程中的风冷降温仅起辅助作用，降温主要依靠拉丝卷筒的热传导。线材与拉丝卷筒的接触面积和卷筒表面温度是决定絲材冷却速度的重要控制参数。要增加接触面积需加大拉丝卷的直径、丝材拉拔后应尽可能在拉丝卷筒多缠绕几圈。对拉丝卷筒实施强制冷却才是降低丝材温度的最有效方法[3]。

1.3.3 润滑

拉丝润滑方式可分为干式润滑和湿式润滑两种。

干式润滑通常选用干粉状皂类润滑剂。干粉状润滑剂的主要成分是脂肪酸与碱金属或碱土金属的化合物，即金属皂。在润滑剂中添加适量的粘附添加剂（硼砂、元明粉、磷酸盐等）也能有效增加润滑膜的厚度，干粉状润滑剂中有时还含有一定量层状无机物，如滑石、胶体石墨、云母、二硫化钼，以及防锈剂和着色剂等。

湿式润滑分为油性润滑和水性润滑两种。油性润滑剂通常由矿物油、动植物油、合成油、油性改善剂、极压添加剂、粘度改善剂、抗氧化剂、防锈剂、消泡剂组成。水性润滑剂可分为乳化液和皂溶液两类。乳化液是水中加油组成的一种水包油型的乳浊液，通常由矿物油、油性添加剂、乳化剂、防腐剂、抗氧化剂等组成。皂溶液是由水溶性碱金属皂（钾皂、钠皂），加入防腐剂、消泡剂组成。

1.4 镀层、涂层、包覆层

金属覆盖在钢丝上称为“镀”。常用的镀层有热浸镀、电镀和化学镀等三种方法。钢丝生产中常用的镀层金属有锌、铝和铜等。镀锌铝的主要目的是防腐，如用于桥梁缆索用热镀锌钢丝、锌铝合金镀层钢丝等。镀铜主要目的是提高钢丝与橡胶粘结力，多用于钢帘线、胎圈钢丝、胶管钢丝的生产。

非金属覆盖在钢丝上称为“涂”。涂塑钢丝的涂层包括聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、环氧树脂、聚酰胺等等，一般用挤塑法、流动浸渍法、静电喷涂法进行生产涂层。涂塑钢丝由于涂覆了塑料层而具有耐酸、碱、盐等介质的腐蚀能力，同时兼有装饰性、电气绝缘性等综合性能。在许多方面，可以代替传统的涂漆和金属镀层产品。

包覆层，主要是包覆铝。包覆铝生产铝包钢丝，铝包钢丝国际上简称AS或AC或AE线，中国代号LB。它是利用旋转式连续温挤压工作原理进行生产：利用旋转运动的挤压轮槽模壁对铝条形成的摩擦力作为主动力，用所形成的有效挤压力在挤压腔内使铝杆变形，并包覆到钢丝上面，钢丝在后牵引力作用下从模腔出口模具通过，从而实现了挤压铝包钢丝的连续化。铝包钢丝用于广播邮电通讯系统、光缆架设加强线、电气化铁路滑道线、铁路公路交通、民用建筑、体育场馆、防山体滑坡的防护网、海洋拦网系留绳索等。

2 钢丝生产设备

钢丝生产设备种类多种多样，可分为主要生产设备和辅助生产设备两大类。主要生产设备就是指拉丝机，分干式拉丝机和水箱拉丝机。应用最多是的干式拉丝机是直进式拉丝机。辅助生产设备包括放线架、收线设备、轧尖机、对焊机和包装机等。

2.1 拉丝机

直进式拉丝机，生产时钢丝在卷筒之间没有经过任何导轮，走的是直线。直进式拉丝机实现无滑动连续拉丝的条件是单位时间内通过各模孔的金属体积相等。直进式拉丝机适用于拉拔高强度、大规格钢丝和异形钢丝等。

水箱拉丝机，是靠钢丝与卷筒表面之间的打滑来满足连续拉拔条件的。其拉拔过程是在水箱中进行的，使用湿式润滑剂进行润滑，可以有效地散去钢丝拉拔及钢丝在卷筒上滑动所产生的热量。实现滑动拉拔的基本条件是卷筒的圆周线速度大于钢丝的走线速度。水箱拉丝机主要用于细丝生产。

2.2 辅助设备

放线架：主要是用来放线，分为：一字旋转式放线架、水平式放线架、工字轮放线装置。

收线设备：有起线架、连续卸线机、工字轮收线机等三种。

轧尖机：供金属线材轧尖、穿模拔头之用。按工作原理可分为：回转式轧尖机、往复式轧尖机。

对焊机：是钢丝生产的重要辅助设备。对焊机按加热焊件的方法分为电阻对焊和闪光对焊。闪光对焊可分为连续闪光对焊和预热闪光对焊。电阻对焊机的工作原理是：将被焊工件压紧于两电极之间，利用电流流经工件接触面及邻近区域产生的电阻热效应将其加热到熔化或塑性状态，使之形成金属结合的一种方法。

包装机：主要用于成品钢丝出厂前的包装，多采用自动包装机。包装机分为：立式、卧式。

3 钢丝生产行业发展方向

我国要实现金属制品行业由大国向强国的转变，就要正视我国金属制品业与世界先进水平的差距，顺应社会经济科技发展潮流，企业练好自身内功，提高在世界市场上的竞争能力。

3.1 实施知识产权战略

2018年4月10日，中国国家主席习近平在博鳌亚洲论坛2018年年会开幕式上指出，“中国开放的大门不会关闭，只会越开越大”，并宣布，将在大幅度放宽市场准入、创造更有吸引力的投资环境、加强知识产权保护、主动扩大进口等四个方面采取一系列重大举措。企业要把知识产权工作列入企业发展首要战略，积极申请专利，保护企业利益，占据市场有利位置。国内一些金属制品企业确实做得很好，取得了很大成绩。贵州钢绳股份有限公司申请了264项国家专利。江苏法尔胜泓昇集团有限公司申请了123项国家专利。中钢集团郑州金属制品研究院有限公司申请了53项国家专利。天津冶金集团中兴盛达钢业有限公司申请了44项国家专利。

3.2 实施标准战略

企业要实施标准战略。在关于钢丝的相关标准在修订中，竞争力强的企业要积极参与，力争成为标准的制定者。2017年贵州钢绳股份有限公司主导修订了ISO2408：2017《钢丝绳-要求》国际标准，成为中国钢丝绳行业的一个标志性事件，中国钢丝绳从标准的执行者变成了标准的制定者。

3.3 实施品牌战略

优良的品牌质量是赢得顾客忠诚的取之不尽的源泉，而品牌质量是由顾客消费品牌产品所获得的感受或体验来表示。提高品牌质量也就是把提高产品质量和提高顾客感知质量有机结合起来的过程。我国的金属制品企业要在大力气提高产品质量的同时还要搞好品牌策划、品牌宣传，实施品牌战略，让我国的优质产品名牌产品更多走出国门，走向世界。[4]

3.4 绿色生产

绿色发展方式和绿色生产方式是我国生态文明建设和钢铁业转型升级的必由之路。生命周期評价（LCA）已成为目前国际公认的绿色产品对话语言，也是目前国际公认最好的绿色产品评价方法。生态设计是未来的方向，是决定钢铁企业绿色发展水平的决定性评价体系，也是钢企智能制造、智慧工厂的必经之路。LCA评价体系很可能成为未来世界钢铁贸易的门槛。专家认为，未来的绿色钢铁贸易壁垒一定会产生，早日布局LCA有利于应对即将到来的新型贸易壁垒。5年到10年后，绿色钢贸在国际钢贸中将扮演重要角色，但目前我国钢企大部分还徘徊在绿色钢贸的门槛之外，因而推动钢铁业绿色发展，不仅关乎生态文明建设，更是我国钢铁行业增强国际竞争力。[5]

3.5 加强产学研合作

国务院总理李克强指出：加强产学研合作是打通创新链条、促进创新发展的重要支撑。我国金属制品行业一些较大的企业进行了不同形式的产学研结合，并产生了较好的效果。重点要研究多种工序组合的连续化生产技术，高效节能的环保热处理技术，高速拉拔技术，自动控制技术，钢丝辊轧拉拔技术，产品在线检测新技术以及其他的专项生产技术。

参考文献

[1] 董琦，张学辉.钢丝生产工艺及设备[M].北京：冶金工业出版社，2016.

[2] GB/T6110-2008，硬质台金拉制模具型式和尺寸[S].模具工业，2011.

[3] 徐效谦，阴绍芬.特殊钢钢丝[M].北京：冶金工业出版社，2005.

[4] 窦光聚.从德中贸易看我国金属制品做强之路[N].中国冶金报，2014-12-25.

[5] 中国金属制品网.生态设计引领钢铁业绿色发展[EB/OL].http：//www.cswpn.com/news/show-31106.aspx，2018-03-06.