对镀锌低碳钢丝自然时效的探讨.docx

对镀锌低碳钢丝自然时效的探讨洪文昭(天津市大成五金厂 300220)摘 要 介绍镀锌低碳钢丝经软化处理后产生的自然时效及其对钢丝力学性能的影响 。研究镀锌低碳钢丝的自然时效现象和减弱其时效倾向的措施 ,合理的热处理工艺可降低钢丝对自然时效的敏感性 。关键词 低碳钢丝 自然时效 探讨inquiry into natural aging of galvanized lo w2carbon steel wireho ng we nz hao( tianjin dacheng hardware factory 300200)abstract to introduce natural aging of galvanized low2carbon steel wire after softening treatment and effect of the aging on me2 chanical properties of steel wire . natural aging phenomena of galvanized low2carbon steel wire and measures of reducing aging trend are researched. the research results show that rational heat treatment technology can reduce the sensitivity of steel wire to natural aging.key words low2carbon steel wire ; natural aging ; inquiry into1问题的提出生产中经常遇到这样的现象 : 低碳钢丝经软化 处理及镀锌后 ,随室温存放时间的增加 ,钢丝力学性 能变化的总趋势是其塑性和韧性下降 ,而强度和硬 度上升 。有的产品 ( 如电镀锌钢丝) 较明显 ,而有的 产品 (如热镀锌钢丝) 不很明显 ;有些产品 (如完全退 火镀锌钢丝) 却随存放时间的增加 ,钢丝的塑性和韧 性反而略有上升而强度略有下降 。有时对同一产 品 ,其性能变化也不尽相同 。钢丝成品性能的这种 变化 ,将对用户的使用效果产生一定的影响 。生产厂家往往在钢丝成品检验入库后 ,就很少 考虑其性能变化 ,很少注意到用户使用中产生的性 能恶化 。比如棉花在打包受捆后及随气候等变化产 生的膨胀弹力以及仓储 、运输过程中的外力冲击 ,使 棉花打包用的镀锌低碳钢丝始终处于经延伸后的绷 紧状态 ,由于钢丝的自然时效 ,使原本应保证“双圈 套结法”的反复弯曲次数下降 ,从而会产生钢丝断裂 和崩包现象 。因此 ,研究成品钢丝的时效 ,尤其研究不大被人 们注意的低碳钢丝自然时效规律 ,对进一步提高产品质量 ,更好地为用户服务很有必要 ,也很重要 。的自然时效试验 ,热处理工艺为 :炉温 1 050 ,空冷时间 13 s 、自然时效温度 2530 。结果见表 1 。 由表 1 可知 ,电镀锌钢丝经半个月到两个月后抗拉强度和弯曲值发生了明显的变化 ,两个月内除一个 样品抗拉强度略有下降外 ,其余上升 533 mpa ,而180弯曲下降 26 次 ,其中有 10 %未变化 ,有 20 %上 升 。值得注意的是 :两个月后弯曲值有 50 %贬级为不 合格 。从热力学的角度来看 ,以上情况是一种能量趋向 更稳定状态的自发过程 ;从金属学的理论来讲 ,是过 饱和固溶体的脱溶分解过程 ,称之为时效 。因此 ,时 效必然与原料情况 (如冶炼方法 、脱氧程序 、钢的成分 等) 有关系 ,也与热处理工艺有关 。美国 、日本等国家为了减轻或防止钢丝在长期存 放或使用过程中发生力学性能的恶化 ,对一些要求高 的棉包丝 ,采用低碳无时效钢 ,例如通过加入一定量 的钛 ,即可获得无时效钢 ;向钢中加入其他强氮化物 或碳化物形成元素 ,如铌 、锆 、钒 、铝等 ,也可以减少或 消除时效倾向 。除此以外 ,热处理工艺也直接影响低 碳钢丝的时效倾向 。3 工艺试验研究311 入水温度对钢丝力学性能的影响 钢 丝 入 水 温 度 与 空 冷 时 间 相 对 应 , 试 验 采 用2 电镀锌钢丝的时效现象笔者对 2180 mm 电镀锌钢丝进行为期两个多月2 金属制品第 27 卷表 1自然时效对电镀锌钢丝性能的影响抗拉强度/ mpa180弯曲/ 次时效半个月时效一个月时效两个月时效倾向时效半个月时效一个月时效两个月时效倾向未时效未时效447447459480+ 3315141716+ 1447449460460+ 1316161717+ 1460462480490+ 3020171414- 6440440440445+ 5191920190463460480485+ 2216171413- 3468475481500+ 3218181314- 4430450435425- 517211515- 2447429460467+ 2019191314- 5427437450455+ 2819171617- 2429429447450+ 2115121213- 2q215f 、2150 mm 钢丝 ,试验结果见表 2 。表 2 对应的工艺条件为从 880 炉冷至 800 后 , 经空冷后再入 水冷却 。我们还从 2180 mm 电镀锌钢丝和热镀锌钢丝中各随取 580 件进行统计分析 ,见表 3 。 从统计分析得知 ,电镀钢丝空冷时间由 14 s 延长到 1715 s (钢丝出炉口温度约 800 ) ,180弯曲次数提 高 2174 次 ,仅比热镀锌钢丝平均低 1189 次 ,弯曲值合 格率提高 19 %。钢丝加热后 ,在空冷时间短的情况下 ,溶解在铁 素体中的 c 、n 原子及其化合物来不及析出 ,组织转变不完全 ,内应力增加 ,引起抗拉强度升高 ,而弯曲值 下降 。钢丝放置一段时间后 ,发生脱溶时效 ,其抗拉 强度将进一步提高 ,而韧性下降 。随着钢丝加热后空 冷时间的提高 ,直接影响过冷奥氏体的数量及它们的 相 变温度 ,强度逐渐下降而弯曲性能得到改善 。在表 22150 mm 钢丝空冷时间对性能的影响 180弯曲/ 次抗拉强度b/mpa空冷时间/s冷却后于 460 停 10 s常规急冷107712155031218144791522184551823 ,25604402626表 3 2180 mm 钢丝空冷时间对性能的影响b/ mpa180弯曲/ 次工艺范围平均值平均离散度范围平均值合格率/ %正火空冷时间 14 s正火空冷时间 1715 s392526395496452651260119291025161921916667电镀锌43686551721155热镀锌正火空冷时间 13 s3975004371826100312 热处理工艺对钢丝力学性能的影响该试验是以 q215f 2180 mm 钢丝在箱式炉上用 不同加热温度和保温时间做对比的 ,试验结果见表 4 。700 以下进水冷却 ,奥氏体相变基本已完成 ,性能的变化主要与钢丝加热后入水冷却时产生的应力 大小和成分有关 ,并随入水线温降低而使时效倾向 减弱 。3 第 3 期洪文昭 :对镀锌低碳钢丝自然时效的探讨表 4热处理工艺对钢丝力学性能的影响180弯曲/ 次b/mpa加热温度/(线温) 保温时间/s冷却方式组织未时效时效一个月空冷403151360f + p 组织 ,很不均匀p 成块状 ,聚集640空冷约 600 后水冷空冷约 600 后水冷4354833874351391916107171535空冷50f + p 组织 ,稍均匀 ,晶粒细化 ,有少量 p 聚集700空冷约 600 后水冷35空冷约 600 后水冷4551412空冷3871918f + p 组织 ,稍不均匀p 碎化 ,分散81035空冷约 600 后水冷4351716空冷3842020f + p 组织 ,比较均匀 ,晶粒更细化85035空冷约 600 后水冷4351716空冷4031918f + p 组织 ,比较均匀 ,晶粒稍大90035空冷约 600 后水冷4521614空冷4031816f + p 组织 ,晶粒稍大p 弥散f + p 晶粒有长大倾向 ,稍 不均匀f + p 晶粒长大 ,p 成条块状94035空冷约 600 后水冷436161497035空冷403181599035空冷40316121 03035空冷f + p 晶粒长大 ,p 不均匀40415121 10035空冷f + p 等轴晶已被破坏380159850随炉冷却 12 hf + p 等轴晶均匀组织3373233规格 : 2. 80 mm ,钢号 :q215f试验结果表明 :(1) 钢丝在 fe - c 相图的 a1 线以下约 640(3) 钢丝加热温度提高到 fe - c 相图中的 a3 线以上 ,抗拉强度有缓慢的升高趋势 ,此时冷变形组织 已完全奥氏体化 ,形成晶粒细小的奥氏体 ,在随后的 空冷中得到较细小的先共析铁素体和分布较均匀 、弥散的珠光体组织 。奥氏体化时间越充足或温度越 高 ,铁素体溶解越完全 。空冷后重新析出的铁素体 总量较 a1a3 区加热再空冷形成的铁素体总量少 , 晶粒较细 ,组织较均匀 ,但铁素体和珠光体两相的相 对量无明显变化 。因此 ,抗拉强度缓慢升高 ,韧性呈稳定的趋势 。钢丝加热温度提高到 940 以后 ,晶粒已开始长 大 ,空冷后抗拉强度不再提高 。相反 ,它随着温度的提 高而降低 ,韧性也随之下降 。加热到 970 空冷后的组 织 ,晶粒明显长大 ,等轴晶粒开始被破坏 ,珠光体的聚集长大 ,将铁素体由等轴晶被挤成粗大的长方形 ,组织进行“正火”处理 ,可以达到形变钢丝组织的回复和消除冷作加工硬化作用 。但完成回复再结晶的时间比 常规正火工艺要长 , 需保温 60 s 以上 , 温度提高到700 保温时间可缩短至 50 s ,基本上完成再结晶的 铁素体加上珠光体的组织 。随加热温度提高 ,晶粒 逐渐长大 ,基本能满足钢丝的性能要求 。(2) 在 fe - c 相图中 a1a3 两相区的温度区间 加热 ,抗拉强度随温度提高而上升 。显然 ,此时由于加热温度在 a1 线以上 ,组织开始奥氏体化 ,温度越 高 ,奥氏体化程度越高 ,奥氏体晶粒越细 ,在随后空冷过程中就形成细小的未溶铁素体和先共析铁素体及较细的珠光体组织 , 温度越高 , 未溶铁素体量越 少 ,钢丝综合性能越好 ,时效倾向减弱 。4 金属制品第 27 卷逐渐恶化 。虽然综合性能指标有时尚能满足要求 ,但在使用过程中易造成脆断 ,时效倾向增加 。313钢丝自然时效分析 对不同空冷时间的钢丝进行自然时效试验发现 ,空冷时间不同 ,产生的时效敏感性大小也不同 ,见表 5 。我们对 2180 mm 镀锌低碳钢丝的电镀锌表 5 钢丝空冷时间对自然时效的影响倾向性试验 ,每种空冷时间各随取 100 件钢丝 ,计算其平均值作对比 , 见表 6 。表 6 显示延长空冷时间 的时效倾向为 180弯曲平均减少 1 次 。对电镀锌钢 丝 ,空冷时间由 14 s 延长 1715 s ,经一个半月自然时效 ,180弯曲次数平均提高 3164 次 , 仅比热镀锌钢 丝的弯曲值低 1181 次 。两种工艺的自然时效都存 在弯曲次数提高的个别现象 ,这是由于钢丝本身的 成分与组织状态有差异 ,伴随着固溶体脱溶分解的 同时 ,组织应力也不同程度地发生变化 。组织应力的降低幅度大于脱溶分解效应 ,则必须会改善弯曲 值 ,但总的趋势是组织应力的降低抵消不了脱溶分 解产生的效应 ,而延长钢丝的空冷时间 ,不仅有利于 组织应力的降低 ,还可以减轻脱溶分解过程 ,最大限 度地降低弯曲损失 。加热温度和保温时间也直接影响钢丝的力学性能及其自然时效倾向 。空冷时间/ 180弯曲/ 次s常规时效半月时效一月 时效两个月急冷1014182121518412141771013179912 ,1316 60 26 26 25 26 注 :钢号 q215 ,加热温度 880 ,钢丝规格 2180 mm两种不同空冷时间和热镀锌常规工艺进行自然时效表 6 钢丝空冷时间与自然时效倾向性对比180弯曲/ 次(平均值)工艺未时效时效一个月时效一个半月时效倾向变化值161721916021135151201817820150141881816620147118401940188正火时空冷 14 s正火时空冷 1715 s正火时空冷 13 s+ 2 - 5+ 2 - 3+ 2 - 3电 镀热 镀314减轻时效倾向试验表 6 说明了不同工艺的时效倾向是不同的 ,在 一定的加热温度和保温时间条件下 ,延长空冷时间和随后在 460 短时间回火或在 460 热镀锌 , 能大大减轻自然时效倾向 ,能否用其他热处理方法进 一步减轻时效倾向 ,我们做了几方面试验 。(1) 将电镀锌钢丝在热镀锌工艺温度 460 下 ,保温不同