低碳钢丝球化退火工艺的探讨及应用
杭州鼎盛炉业有限公司
摘 要 低碳钢丝的球化退火是低碳钢丝生产中的关键工序，它可以改善钢丝的力学性能。本文通过探讨低碳钢丝球化退火的工艺原理及其控制，展望低碳钢丝球化退火工艺技术的发展趋势。 关键词 球化退火 工艺 应用
1、低碳钢丝球化退火的技术工艺原理
低碳钢丝的球化就是使组织中的渗碳体由片状转变为球状的工艺。因为片状表面积大，处于不稳定状态，若转化为球状，则有最小的界面，能量最低，处于稳定的平衡状态。因此，球化退火工艺原理是依靠片状渗碳体的自发球化的倾向和聚集长大。
钢丝的球化是在铁素体区进行的。片状碳化物是通过“溶解与沉淀”转化为球状的，当温度加热到低于723℃时，经拉拨而破碎的细小片状碳化物被铁素体所包围。
根据胶态平衡理论，第二相质点的溶解度与质点的曲率半径有关，曲率半径愈小，其溶解度愈高。片状渗碳体的两端棱角处，界面的曲率半径小，表面碳原子易于迁移到铁素体中去，使铁素体的碳浓度增加高。而片状渗碳体的中部边界较为平直的地方，界面曲率半径大，相对地说，碳原子比较难以由渗碳体表面转入铁素体中去，因而其附近铁素体中的碳浓度较低，这样就造成铁素体晶粒内碳原子的浓度差，引起碳原子扩散。碳原子从渗碳体端角附近向其中平直处附件扩散，使渗碳体中部平直处附近的铁素体碳浓度增大，于是，碳原子就沉积到渗碳体的中部。因此，对一片渗碳体来说，两端部分逐渐溶解，碳原子通过铁素体流向中部，沉淀并逐渐长大，最后聚集为球状。
对于低碳钢而言，球化处理使渗碳体呈粒状，与片状相比，它具有较低的流变应力和屈服强度，因而具有较高的均匀变型量和总变型量；同时，它还具有较高的断裂强度和解理强度，因而在冷加工时不易开裂。球化处理改善了钢丝的综合力学性能，显著提高了钢丝的冷顶锻工艺性能。
2、低碳钢丝球化退火的应用
众所周知：钢铁材料的性能取决于内部组织结构，组织结构取决于成分、冶炼、热加工、冷加工，特别是热处理工艺。要选择合理、高效、经济的热处理工艺，必须了解材料性能与组织结构，显微组织与热处理工艺之间的关系，以及显微组织的种类和热处理的基本原理。
球化热处理：钢丝加热到所需温度时，保温2～4小时，以20～40℃/h的速度冷到所需温度点以下，再空冷或炉冷，使其显微组织中的碳化物呈球状。加热控制要点是使渗碳体部分溶入奥氏体，部分残留，在随后缓冷过程中，部分溶入奥氏体中的渗碳体以残留渗碳体为核心重新析出，形成粒（球）状珠光体组织。
冷拔+退火多次循环球化处理：球化热处理加热温度比再结晶处理要高出30～40℃，能耗相对加大，殊别是在无保护气氛条件下进行的球化热处理，容易造成钢丝脱碳趋势加重，对于中低碳冷顶钢丝，可采用盘条直接拉拔+再结晶退火+拉拔+再结晶退火„„多次循环的方法，获得良好的粒状珠光珠。热轧状态的中低碳盘条显微组织为片状珠光体，具有良好的冷加工塑性，经一定减面率拉拔后，渗碳体部分破碎，同时拉拔形成的内应力为渗碳体碎片的球化提供了一定的动力，一般经两次拉拔+再结晶退火循环（俗称两酸两退），即可获得良好的粒状珠光体组织。与经球化处理的钢丝相比，用此工艺获得的粒
状珠光体组织，碳化物的球化度更规整、更细小、更均匀。
3、低碳钢丝球化退火工艺的控制
球化钢丝的质量直接影响到产品的质量，低碳钢丝的球化处理工艺直接影响到低碳钢丝的质量，因此在低碳钢丝球化退火处理时要控制好工艺中的关键，即控制好低碳钢丝球化退火的温度。其温度不宜过高，否则共拆渗碳体溶解，非自发晶核极少，不易按球状形式长大；温度也不宜过低，因为这种球化也是依靠碳的扩散进行。过低的退火温度会由于碳的扩散能力过低而影响球化进行。
低碳钢丝球化处理的关键是控制温度，容易因温度失控而影响球化质量。必须注意炉子结构完善、热电偶安装合理、钢丝装炉方式恰当、热工仪表准确，使钢丝的实际受热温度尽量接近合适的球化温度，而我厂生产的炉子能较好的做到这一点。综上，控制好低碳钢丝球化退火工艺中的关键，可以提高钢丝的质量，节约了产品的加工成本。
4、低碳钢丝球化退火工艺的展望 低碳钢丝采用优质低碳钢盘条加工而成，是采用优质低碳钢, 经过拉拔成型、酸洗除锈、高温球化退火, 热镀锌. 冷却等工艺流程加工而成。其球化后表面平滑、光洁、没有裂纹地、节、起刺、伤痕和锈蚀，镀锌层均匀、附着力强、耐腐蚀力持久，韧性和弹性极好。低碳钢丝可以加工成各种产品，用于生活中的各个领域。它的主要用途：广泛用于高速公路、铁路、机场、市政绿地、草场、花园、公园、草原边界、厂区边界等地，今后它仍将是低碳钢丝的重要市场。我国有庞大的高速公路网规划、城际（客运专线），由于高架桥占地少、征用、安置难题小、行车安全、有利生态平衡等优点，因此城际高速中高架部分将会有较大的发展，从而促进了低碳钢丝的需求，而这就是低碳钢丝球化处理后的一个大卖场。