拉絲技術(shù)概論

拉絲技術(shù)概論何謂伸線線材的抽伸是以盤元為原料，而盤圓（wirerod）與一般所謂鋼線（wire）的差別在哪裡？所謂的盤圓是指鋼廠在高溫下熱軋出來，而從未做過任何常溫下加工的線材；鋼線由於已經(jīng)經(jīng)過常溫加工，晶粒會(huì)沿著加工方向伸長(zhǎng)，但盤圓的晶粒則形狀較均勻。伸線即是一般所謂的抽線，其方法簡(jiǎn)單的說就是先將盤圓以鹽酸、硫酸或或其他機(jī)械剝殼方式將其表面的銹皮去除，再以磷酸鹽或硼砂等等做表面被覆，目的是使其表面較粗糙以便在下一步驟時(shí)較易使伸線粉覆著在線材表面，使線材在被拉經(jīng)眼膜時(shí)能有較好的潤(rùn)滑效果，線材在通過眼膜後便縮小了線徑、這便是伸線的基本原理。伸線設(shè)備簡(jiǎn)介2.前處理設(shè)備4.粗抽伸線設(shè)備1.放線設(shè)備7.附屬設(shè)備6.精抽收線設(shè)備5.粗抽收線設(shè)備8.其他設(shè)備3.表面處理設(shè)備12312111112322伸線流程圖說1.五金(電鍍用)酸洗處理半成品酸洗處理伸線水抽成品2.高碳鋼線酸洗+磷酸鹽處理盤元伸線盤元伸線半成品退火酸洗+磷酸鹽處理精抽成品3.退火線盤元酸洗或剝殼處理伸線退火成品4.球化線盤元酸洗或剝殼處理伸線球化退火酸洗+磷酸鹽處理精抽成品5.螺絲線盤元酸洗+磷酸鹽處理伸線成品6.不銹鋼線盤元皮膜處理烘乾伸線供線臺(tái)水洗光輝處理捲取成品7.網(wǎng)線盤元?jiǎng)儦ど炀€成品8.鋼釘盤元酸洗+磷酸鹽處理伸線製釘磨光硬度處理電鍍成品包裝9.洋釘盤元酸洗或剝殼處理伸線製釘磨光成品包裝10.扁線(訂書釘、紙箱釘用)盤元酸洗處理伸線電鍍鋅捲取半成品伸線捲取壓扁+捲取成品盤元11.鍍鋅線（熱浸式）酸洗+磷酸鹽處理伸線供線臺(tái)連續(xù)式退火酸洗處理鍍鋅捲取成品A.連續(xù)退火爐式B.電氣爐退火式盤元酸洗或剝殼處理伸線退火供線臺(tái)酸洗處理鍍鋅捲取成品線材前處理:熱軋線材或未做適當(dāng)氛圍氣保護(hù)的韌化（Patenting）、退火（Annealing）、等熱處理的線材表面均會(huì)形成氧化皮膜（scale:鐵殼）。一般鐵殼由三層組成（如圖示），其性質(zhì)比鐵硬且脆。因此於伸線前必須完全去除，否則在伸線時(shí)會(huì)損傷眼膜及鋼線表面。線材於去除鐵殼後為求伸線容易，通常都在線材表面以石灰皂液、硼砂液、磷酸鹽液等繼續(xù)做皮膜處理（Film-coating）供作潤(rùn)滑劑的載媒（Carrier）。皮膜處理的方法可以分做物理的附著方法及化學(xué)方法。FeO（Wustite）Fe2O3（Hematite）Fe3O4（Magnetite）高碳鋼盤元的特性高碳鋼線材可製成高碳鋼線、油回火線、預(yù)力高碳鋼線、鍍鋅鋼線、線纜等。日本將高碳鋼線(G3506)與品質(zhì)要求更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)匿撉倬€(G3502)區(qū)分為二部分。由於國內(nèi)的線材廠與線材二次加工廠以使用高碳鋼線材為主，因此本文主要介紹高碳鋼線材的特色。一、高碳鋼盤元的製造國內(nèi)有三家製造高碳鋼盤元的線材廠，高碳鋼盤元的製造流程如第1圖（中鋼採用的是一貫作業(yè)的高碳鋼盤元製造方式），嘉益與燁興由於外購鋼胚，因此其盤元製程採用小鋼胚(Billet)以後的製造方式，小鋼胚必須經(jīng)過噴砂處理、螢光磁粉探傷或高週波探傷、表面研磨處理等步驟。高碳鋼盤元的金相組織與硬度

若將盤元材料依碳含量可區(qū)分為亞共析鋼(Hypo-eutectoid，碳含量低於0.77wt%)、共析鋼(Eutectoid，碳含量等於0.77wt%)與過共析鋼(Hyper-eutectoid，碳含量高於0.77wt%)等三類。高碳鋼盤元(ψ5.5mm)SWRH52A的金相組織，包含白色肥粒鐵與黑色波來鐵（碳含量0.02wt%肥粒鐵與碳含量6.67wt%雪明碳鐵之層狀組織）的混和組織，碳含量越高則波來鐵比例越高，肥粒鐵出現(xiàn)在原先沃斯田鐵晶界上。高碳鋼盤元(ψ5.5mm)SWRH82A的金相組織，包含雪明碳鐵與波來鐵的混和組織，雪明碳鐵析出於原先沃斯田鐵晶界上。熱處理參數(shù)（溫度、時(shí)間）則影響著沃斯田鐵化的效果（沃斯田鐵晶粒大?。?。高碳鋼盤元(ψ5.5mm)的硬度測(cè)試值，對(duì)盤元而言，碳含量越高則硬度越高，對(duì)線材二次加工廠而言，抗拉強(qiáng)度、硬度、金相組織是檢驗(yàn)盤元品質(zhì)的常用方式?？估瓘?qiáng)度(Kgf/mm2)碳含量(wt%)抗拉強(qiáng)度(Kgf/mm2)碳含量(wt%)韌化處理

設(shè)計(jì)一個(gè)韌化處理爐時(shí)，最主要的考量重點(diǎn)，就是要能夠生產(chǎn)有適當(dāng)顯微組織的鋼線，使其具備所需的物理特性，例如抗拉強(qiáng)度、斷面收縮率、以及最重要的伸線性等。韌化處理的製程包括一個(gè)能將鋼線昇溫至870℃~980℃的奧斯田鐵化爐，接著急速淬火至480℃~526℃，使獲得細(xì)微片狀的波來鐵組織，此為高減面率伸線的最理想組織。淬火爐可用鉛浴爐或流體爐。爐體設(shè)計(jì)的能量應(yīng)能涵蓋所有欲處理的產(chǎn)品，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)依下列之條件為依據(jù)：－溫度；－鋼線在爐內(nèi)的時(shí)間；－鋼線直徑。(1)奧斯田鐵化爐奧斯田鐵化爐之總長(zhǎng)度決定於鋼線速度、鋼線直徑及爐內(nèi)溫度。鋼線直徑愈大時(shí)，在爐內(nèi)停留的時(shí)間要愈長(zhǎng)，才能使鋼線中心到達(dá)所需的溫度。所以，爐長(zhǎng)固定時(shí)，細(xì)線之行走速度較粗線為快。(2)淬火爐眾所週知，在韌化處理的製程中，淬火過程是相當(dāng)重要的，從奧斯田鐵化溫度至淬火溫度需於3至5秒內(nèi)急速完成，此點(diǎn)對(duì)細(xì)線而言較易於達(dá)成。圖1為流體床淬火製程之「時(shí)間對(duì)溫度」曲線圖，此為2mm及3mm鋼線由奧斯田鐵化爐進(jìn)入流體淬火爐之變化情形，爐溫分別設(shè)定為960℃及520℃，生產(chǎn)速度設(shè)定為DV=90。酸洗

鋼線經(jīng)過韌化處理、退火、應(yīng)力消除，或油回火處理後，鋼線表面會(huì)有氧化物或殘留潤(rùn)滑劑。為了使熔融鍍鋅作業(yè)能順利完成，此氧化物及污染物必須先除去。一般係使用鹽酸或硫酸來洗淨(jìng)，現(xiàn)代化的連續(xù)式生產(chǎn)設(shè)備均使用鹽酸，因?yàn)樗礈Q(jìng)速度較快，而得以提高生產(chǎn)速度。鋼線表面主要的銹皮FeO與鹽酸的化學(xué)反應(yīng)式如下：FeO+2HCl→FeCl2+H2O如果銹皮還包括Fe2O3及Fe3O4，則反應(yīng)式分別如下：Fe2O3+6HCl→2FeCl3+3H2OFe3O4+8HCl→FeCl2+2FeCl3+4H2O在酸洗過程中，部份鐵材亦會(huì)與鹽酸反應(yīng)，造成鋼線表面輕微腐蝕。反應(yīng)式如下：Fe(S)+2HCl→FeCl2+H2(g)在上列的化學(xué)反應(yīng)中，鹽酸主要是與銹皮起作用，快速的將鋼線洗淨(jìng)。鍍鋅

鋼線之鍍鋅作業(yè)最常使用的方式為「熱浸法」，在現(xiàn)代的熱浸鍍鋅生產(chǎn)線最好的鍍鋅爐是陶磁爐。最早期熔融鋅液是裝在鋼槽內(nèi)，然後由側(cè)邊、兩端、頂部或底部加熱，但是鋼槽之壽命較短，而且會(huì)產(chǎn)生鋅渣，這也是長(zhǎng)期以來無法克服的缺點(diǎn)。二十世紀(jì)初期，德國首先發(fā)展出陶磁爐，它的壽命比鋼槽長(zhǎng)很多，但是在溫度控制上有些困難。後來由頂部加熱之燃燒器研發(fā)成功，使得陶磁爐較鋼槽更為可靠，但是表面氧化及鋅渣的問題仍然存在?，F(xiàn)代新型的陶磁鍍鋅爐外部是堅(jiān)固的鋼鐵骨架，內(nèi)部則由三層陶磁耐火磚堆砌而成，每一層耐火磚都是為了確保鍍鋅爐的可靠性及耐用性。經(jīng)過嚴(yán)格設(shè)計(jì)及製造的陶磁爐，就像是堅(jiān)固的坩鍋，能經(jīng)年累月承受熔融金屬作業(yè)。參鋼材材質(zhì)(一)冷鍛鋼種分類鋼材化學(xué)成分中，含碳量高者、合金含量高者其變形抵抗大。亦即，材料硬度高者、加工硬化率高者，「變形抵抗大」。另外，尚有鋼材1008、1010、1012、1015、1016、1018、1019、1020、1021、1022、1023，屬於低碳鋼。1024、1027、1030、1035～1042、1045、1335，屬於中碳鋼。3135、4032、4037、4042、4130、4135、4337、4340、5130、5135，屬於合金鋼。10B21、10B29、10B30、10B33、10B35、10B43，屬於硼鋼（含硼）。(二)鋼材的化學(xué)成分對(duì)冷鍛性的影響1.碳C：影響鋼材機(jī)械性質(zhì)最大的元素，隨著碳含量的增加，鋼材的延展性、冷鍛性下降。2.矽Si、錳Mn、鎳Ni、鉻Cr、鉬Mo：可提升鋼材之硬化能，但降低冷鍛性。3.磷P、硫S：極易產(chǎn)生偏析，有害冷鍛性。4.鋁Al、鈦Ti、釩V：為晶粒細(xì)化元素，但須防析出硬化，損害冷鍛性。5.硼B(yǎng)：微量硼(0.008~0.03%)可大幅提昇硬化能。6.氮N：為晶粒調(diào)整用，但降低冷鍛性。(三)冷鍛用鋼材的性質(zhì)、影響因素及試驗(yàn)方法熱處理工程

下圖為鋼線的基本製程，從表面脫氧化膜至潤(rùn)滑皮膜處理的工程稱為「抽線前處理」。抽線工程用潤(rùn)滑劑改善被加工材與眼模間的潤(rùn)滑。鋼線以外的線、棒、管材只是處理方法、條件稍有差異，基本上都以與鋼線同樣的工程抽拉。為使被加工材有良好的抽拉加工性，或?yàn)槭钩槔岬难u品有所定特性，在抽拉加工前後，或抽拉加工的工程途中，依必要施行各種熱處理，諸如退火、淬火、回火。(一)退火退火的目的包括：消除內(nèi)部應(yīng)力、降低硬度，提昇被切削性及冷間加工性等方面的改善，並可調(diào)整結(jié)晶組織，達(dá)到所要之機(jī)械性質(zhì)或物理性質(zhì)。為此而將鋼材加熱到適當(dāng)?shù)臏囟葋K保持適當(dāng)時(shí)間後，再徐徐冷卻的處理方法稱為退火，塑性加工一般常用球狀化退火。球狀化退火：此處理把鋼線的鋼中碳化物球狀化，達(dá)成冷間加工性最優(yōu)的軟狀態(tài)，可使冷間鍛造等強(qiáng)加工容易進(jìn)行。(二)脫碳鋼線熱處理時(shí)，碳從表面逸出，造成鋼材表面層碳含量較低，此現(xiàn)象為脫碳。有脫碳時(shí)會(huì)造成鋼材表面硬度降低，降低冷鍛性及皮膜化成性。鋼線的基本製程

鋼材發(fā)生氧化膜和脫碳示意圖

退火鍍鋅爐基本流程放線部放線部酸洗槽脫脂槽退火爐600~700度25%氮75%氫冷卻段水冷鋅槽400度表面處理:防鏽'皮膜'急冷等等收線部收線部塑性加工的磷酸鹽皮膜

塑性加工用的磷酸鹽皮膜，一般通稱為磷酸鋅皮膜。(一)磷酸鋅皮膜反應(yīng)機(jī)構(gòu)當(dāng)鋼鐵表面與磷酸鹽液接觸，鋼鐵表面發(fā)生溶解，界面附近的處理液中的H+離子減少，而使pH值上升，當(dāng)超過沉澱平衡pH時(shí)，磷酸鋅結(jié)晶即沉澱析出在鋼鐵表面上成為皮膜。Fe+2H3PO4→Fe(H2PO4)+H2↑…….(1)[O][O]氧化劑H2O…………(2)FePO4↓+H3PO4+1/2H2O…………….……(3)(沉渣)Zn(H2PO4)2→ZnHPO4+H3PO4…………(4)3ZnHPO4→Zn3(PO4)2?4H2O+H3PO4………………(5)（Hopeite皮膜）Fe(H2PO4)2+2Zn(H2PO4)2→Zn2Fe(PO4)2?4H2O+4H3PO4…..……(6)（Phosphophyllite皮膜）處理液pH約為2~3左右，而處理液的管理主要為酸比及促進(jìn)劑的濃度。酸比(AR)=全酸度(TA)/游離酸度(FA)生成的磷酸鋅皮膜由Zn3(PO4)2?4H2OHopeite及Zn2Fe(PO4)2?4H2OPhosphophyllite混合組成。若處理液中Zn2+濃度及溫度高，則Hopeite皮膜生成容易，Phosphophyllite生成與鋼材溶出Fe2+的存在及鋼材表面近傍Fe2+的濃度及擴(kuò)散速率有關(guān)。皮膜中Hopeite與Phosphophyllite量的關(guān)係比值為P比值，其定義為P比=Phosphophyllite/Phosphophyllite+Hopeite由(1)式可知，鋼材表面與磷酸溶液接觸，鋼材表面產(chǎn)生H2，因而阻害反應(yīng)，為了使反應(yīng)向右進(jìn)行，而加入氧化劑使H2成為H2O及Fe(H2PO4)2形成一部份水溶性的磷酸鐵(FePO4)沉渣，而磷酸鹽液中的氧化劑(通稱為促進(jìn)劑)，通常使用亞硝酸鈉，其反應(yīng)後會(huì)產(chǎn)生N2及NH4OH。2Fe+4H3PO4+2NaNO4→2FePO4+2NaH2PO4+N2+4H2O3Fe+8H3PO4+2NaNO2→3Fe(H2PO4)2+2NaH2PO4+N2+4H2O2Fe+3H3PO4+NaNO2→2FePO4+NaH22PO4+NH4OH+H2O3Fe+7H3PO4+NaNO2→3Fe(H2PO4)2+NaH2PO4+NH4OH+H2O通常，磷酸鹽處理液所採用的氧化劑有NO3、NO2–NO3、NO2–ClO3、ClO3、H2O2等，一般主要以NO2使用為多，但NaNO2於鹼性中安定，於酸性中則會(huì)自然分解。NaNO2x(空氣/O2xH2O)Na+