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滤网用不锈钢极细丝的研究与探讨

窦汉明

(航空工业总公司540厂新乡453003)

摘要: 金属滤网用材质由不锈钢代替铜合金具有很多优点,使不锈钢极细丝的用量增大。采用lCr18Ni9Ti 钢生产极细丝存在难度大、成本高等问题。为满足高精度滤网编织特殊工艺要求,研究和应用新钢种显得十分必要。对不锈极细丝用新钢种的研究与应用进行了探讨,对不同钢种进行了工艺对比试验,同时探讨了相关问题。

关键词: 滤网不锈钢丝研究

Research and Inquiry into Extra Fine Stainless Steel Wire for Gauze Filter

Dou Hanming

(N o 540Factory o f China Aviation Industry General Co Xinxiang453003)

Abstract: Replaci ng Cu-alloy by stainless steel wire used as materials of gauze filter has many advan tages,thus it increase the requirement of extra fine stainless steel wire There are some problems such as more difficulties and high cost in the production of extra fine stainless s teel wire with1Cr18Ni9T i steel In order to satisfy the special technological requiremen t of weaving hi gh precision gauze filter,new kinds of steels are researched and used,processing experimen ts and relative problems of the extra fine stainless steel wi re production are inq uiried at the same time

Keywords: gauze fil ter; stainless s teel wire; research

1 问题的提出

用国产lCr18Ni9Ti、0Cr18Ni9和进口的321钢种生产极细丝存在:(1)丝材强度高、塑性差,织网困难,织机损害严重;(2)钢质不纯净,拉丝很困难,断线多;(3)金刚石拉丝模消耗极大,制造成本高,经济效益差。为满足有关研究项目的需要,研究综合性能良好、适合于拉制极细丝、制造成本低的新钢种显得十分必要。

2 研究工作概述

2 1 关于新钢种的合金化问题

根据有关统计资料,国内外18 8型不锈钢的应用占奥氏体不锈钢种的70%以上,应用领域极为广泛。因此,新钢种的力学性能、工艺性能及理化性能应相似于或不低于18 8型不锈钢,并且在工艺性能方面有很大的改善和提高。以18 12型不锈钢确定新钢种主体成分是合理的,合金化重点考虑了以下几个问题。

2 1 1 碳含量

碳在不锈钢中的作用主要是提高钢的强度,碳含量越高强度就越高,冷加工硬化强烈,材料的塑性和抗蚀性降低。当碳的质量分数由0 04%增加到0 08%时,冷加工硬化最为强烈。为了有效地降低新钢种的冷加工硬化率,同时考虑材料去除Ti以后不致于产生晶间腐蚀,钢中碳的质量分数应小于0 03%。

2 1 2 镍含量

不锈钢中增加镍含量,使奥氏体的稳定性增加,并使M d点及M s点降低,冷加工硬化系数减小。据有关文献介绍[1],在18 8型不锈钢中,当Ni的质量分数小于13%时,随着Cr含量的增加,硬化系数降低;当Ni的质量分数大于13%时,随着Cr含量的增加,硬化系数增加。将新钢种Ni的质量分数确定为12%~14%比较理想。

2 1

3 硅和锰含量

Si和Mn是在炼钢过程中随脱氧剂进入钢中的,它们可以提高钢的强度,Si还能显著提高材料的屈强比,在制造弹簧、螺套用钢中适当提高Si含量是有益的。我厂曾用 0 18mm钢丝制造过滤网,成品丝采用几种工艺方法生产均满足不了织网要求,即使采用真空退火,钢丝表面也会产生一层(SiO2)硬壳,织网很困难。笔者建议改用SW RM10钢种,其Si含量问题迎刃而解。用于滤网的不锈钢极细丝,在材料中降低Si和Mn的含量,在改善工艺

第25卷第3期金属制品1999年6月 Vol 25 No 3Steel Wire Products June1999

性能方面有很大的作用。从国外进口的不锈钢极细丝,Si和Mn的实际含量也确实远低于标准规定。

2 1 4 关于钛的问题

钢中加入Ti能起到防止晶间腐蚀的作用,但不锈钢中含Ti易形成硬而脆的化合物(如TiN),在拉制极细丝时对金刚石拉丝模的磨损相当严重。随着炼钢技术的提高,将不锈钢中碳的质量分数降至0 03%以下已是轻而易举的事。所以国外早已淘汰含Ti钢种(我国标准亦将含Ti不锈钢列入不推荐钢种)。因此决定在拉制极细丝的钢中不加入Ti是合理的。

综合上述观点,我厂和陕钢钢研所联合研制滤网用丝新钢种时,设计的新钢种化学成分见表1。

表1 00Cr18Ni13钢种的化学成分 (%)

C Si Mn S P Cr Ni Fe

0 03

0 3

1 0

0 02

0 020

17~1912~14余量

2 2 关于钢的冶炼

有资料表明,当钢中的夹杂物超过丝径的30%时,拉制时必然发生断丝。极细丝用料的必要条件之一是要求钢质纯净,夹杂物要少,夹杂物的弥散分布均匀。因此,国外极细丝用钢的冶炼多采用3段法,即真空感应冶炼+电渣重熔+真空自耗[2]。笔者曾作为主要参加者之一,参与了陕钢钢研所的新钢种研制,对方先后用EG 10型、EG 200型炉炼钢数十炉,供我厂进行极细丝的工艺试验和批量生产。结果证明,小炉料和大炉料最终成品的力学性能差异不大,但小炉料在极细丝拉制中的状况及模耗明显优于大炉料。采用进口的304L钢种,在同等工艺条件下,高速拉制 0 025mm极细丝几乎不发生断线。从材料的主体成分看,国产材料不亚于进口材料,Ni含量还高于进口材料,其差距就在于炼钢水平。近几年进口拉制极细丝的原材料不少,外商提供的样品性能确实良好,但是当批量供货时,其质量就差之甚远,要想顺利拉制 0 036mm以下的细丝材比较困难。理化分析试验也找不出毛病,这就是标准公开,工艺保密。专门用于拉制极细丝的进口材料注有 Redra w wire ,其价格昂贵。笔者认为,解决不锈钢极细丝的原材料问题,还是要自力更生,立足国内。

2 3 不锈钢极细丝的工艺试验及结果

2 3 1 00Cr18Ni13钢种工艺试验结果

该钢种进厂原料为 0 8mm软光亮丝,拉制最小规格为 0 025mm,经 0 3mm中间退火后,采用不同的工艺路线拉至成品,结果10kg小炉料显示出优异的性能,总变形量高达99%以上,拉制 0 025mm仍很顺利,成品丝退火后性能良好,符合织网用丝标准。

2 3 2 SUS304L钢种工艺试验结果

进料直径0.3mm、成品直径0.025mm SUS304L 不锈丝工艺试验结果见表2。

表2 SUS304L钢种极细丝工艺及性能数据

工艺流程终拉变形量/

成品硬态

/MPa

成品退火后力学性能

b/MPa /%

0 3mm 0 12mm 0 025mm 退火99 32695~27341137~125415~23 0 3mm 0 12mm 退火 0 025mm 退火95 62215~2254850~106818~25 0 3mm 0 08mm 退火 0 025mm 退火90 22048~2163813~104824~30

从表2看出,SUS304L钢种拉制极细丝的总变形量不宜超过90%,否则成品丝的延伸率明显下降,难以达到织网用丝的标准要求。

2 3 3含铜不锈钢极细丝工艺试验结果

铜能增强18 8型不锈钢在硫酸中的钝化作用。当钢中含Cu的质量分数为2 45%时,腐蚀速度几乎与硫酸浓度无关。铜的加入,对降低18 8型不锈钢的冷加工硬化亦有很大影响,表3表示了铜含量对冷加工硬化系数的影响。

表3 铜含量对冷加工硬化系数的影响

质量分数/%

Cr Ni Cu

冷加工硬

化系数18 68 1 127

18 59 0 116

18 312 0 113

17 18 41 997

17 58 42 493

17 88 63 084

金属制品第25卷

笔者曾做过试验,选用含铜的304HC钢种拉制 0 03mm极细丝,冷加工硬化系数较304、316系列钢种明显下降,丝材韧性好,适于编织高精度滤网。

2 3 4 冷加工硬化倾向的测定与实际意义

钢材的抗拉强度与硬度有一个对应关系。在不锈钢极细丝的生产中,降低材料的冷加工硬化具有显著的实际效果,这一点往往被忽视。其一是可减少中间退火次数,采用大的总变形量;其二是由于冷作硬化缓慢,材料在加工过程中的强度、硬度增加比较缓慢,对拉丝模的磨损显著降低,是降低极细丝制造成本的重要因素。不同钢种极细丝的拉制、模耗及成品丝的合格率见表4。

表4 不同钢种极细丝的拉制、模耗及成品丝的合格率

钢种丝径/

拉制难

易程度

每模拉

丝量/kg

成品丝

合格率/%

00Cr18Ni13(10kg炉)0 025易拉3 2996

00Cr18Ni13(10kg炉)0 032易拉5 00~6 0096

00Cr18Ni13(200kg炉)0 032较易拉2 00~3 4096 1Cr18Ni9T i0 032难拉0 10~0 1550

SUS3210 032较难拉0 15~0 2050 00Cr18Ni18Ni12T i0 032较易拉0 40~0 5080

用00Cr18Ni13钢种生产极细丝,曾成功地用于630#、850#、1250#等高精度滤网的编织,丝材合格率由50%提高到96%,拉丝模的寿命提高10倍乃至数十倍。以生产 0 04~0 03mm极细丝为例, 00Cr18Ni13钢种要比18 8型钢种每吨丝材降低成本数十万元。

3 相关问题

3 1 拉丝设备

拉制极细不锈钢丝的拉丝机要求其制造精度高,功能齐全,拉丝和收线速度尽可能同步,减少拉丝卷筒的迅速磨损。进口设备价格高,多数厂家仍用国产设备。近几年江浙等地出现的微拉机制造厂,有一些在设计上有所创新,如电脑控制、模具转动等技术,但可靠性较差。对模具转动褒贬不一,模具寿命并无明显延长,且对模具的要求更苛刻。

3 2 收线大容量

随着无梭织网机的使用和推广,为了提高织网效率,要求纬线实现大容量收线。在DI N46399标准中, 0 05mm以下细丝用于纬线卷取的工字轮最大容量达1 8kg,工字轮两内端为锥形,便于越端放线。国内已有厂家拉制 0 036mm不锈丝单轴净重达1.0kg以上。对极细丝的热处理,如何实现大容量的收线和放线,从设备,工装方面都提出了更高的要求。

3 3 丝径检测

鉴于出口不锈钢滤网的标准要求高,对极细丝的尺寸偏差及圆度公差要求亦提高,现行GB 8605 88标准中,织网用丝 0 04m m的一级精度偏差为 0 0015mm,目前国内多数厂家仍以杠杆千分尺等量具检测,满足不了要求,更无法实现在线非接触检测,丝径检测器更新换代显得十分必要。

3 4 拉丝模及润滑剂

国产不锈钢极细丝的质量与进口丝的质量差距是明显的,模具质量是重要影响因素之一,有待于拉丝模制造技术水平的提高,各拉丝厂修模、配模技术水平同样有待提高。

拉制极细不锈钢丝的润滑剂种类比较多,性能各有差异,价格悬殊;相比之下,采用水溶性的比较理想。使用中需要注意的是控制浓度,适时更换,水质要好,否则影响润滑效果。

4 结语

(1)不锈钢极细丝能否顺利拉制,最重要的前提是要有优质的原材料。要求钢质纯净,采用双联或三联炼钢工艺。

(2)要提高不锈钢极细丝的综合力学性能,改善工艺性能,关键在于合金化的组分,根据材料的不同用途调整相关元素的含量。

(3)鉴于不锈钢滤网编织的工艺特点,应当把降低材料的屈强比、提高韧性看得与提高塑性同等重要,降低材料的冷加工硬化系数。即使是采用超低碳钢种,也应当限制钢中的Si和Mn含量,并添加少量的Cu。

(4)不锈钢极细丝的生产是一项系统工程,涉及的相关问题应统筹解决才能产生好的效益。

参考文献

1 肖纪美不锈钢的金属学问题北京:中国冶金出版社, 1983 285页

2 [日]久我正治关于特殊钢极细丝的拉拔技术不锈钢细丝.塑性与加工,1992,33(379):910~915

(收稿日期:1998-12-20)

作者简介

窦汉明 1948年生,航空工业总公司540厂技术开发中心工程师。

第3期窦汉明:滤网用不锈钢极细丝的研究与探讨