崔同泉 張峰山 汪海靜

隨著汽車產(chǎn)業(yè)輕量化的發(fā)展,，高強(qiáng)度彈簧鋼 需求量持續(xù)增長,，其中65SiCrV6為其中最典型 的材料。目前高強(qiáng)度彈簧鋼絲生產(chǎn)廠商主要有 國外鈴木加普騰,、神戶制鋼,、韓國DSR 以及國內(nèi) 中鋼制品院等,。因65SiCrV6淬回火鋼絲強(qiáng)度高 對表面缺陷敏感，造成客戶卷簧過程中容易出現(xiàn) 因表面缺陷造成卷簧斷裂問題,，目前該類產(chǎn)品質(zhì) 量控制的一核心要素就是控制鋼絲表面質(zhì)量,、減 少鋼絲表面缺陷的發(fā)生概率。

車間生產(chǎn)過程中使用某鋼鐵公司生產(chǎn)的 65SiCrV6熱軋線材經(jīng)剝皮,、正火,、表面處理后，拉 拔至半成品鋼絲,，按正常工藝?yán)螘r(shí)發(fā)現(xiàn)多件鋼 絲表面有嚴(yán)重的橫裂缺陷,。如圖1所示，鋼絲表 面的橫裂缺陷非通條連續(xù),，僅局部有橫裂且其附 近顏色呈黑色,，無法滿足拉絲表面質(zhì)量要求。現(xiàn) 場觀察未拉拔的鋼絲表面,，發(fā)現(xiàn)鋼絲夾縫處存在 黑色條狀斑紋,。

2 表面質(zhì)量問題原因分析

選取上述有問題的拉拔前后的鋼絲進(jìn)行試 驗(yàn)分析，選用退膜液去除鋼絲表面磷化層后采用 體式顯微鏡進(jìn)行表面觀察,。退膜液成分：φ (NaOH)=100 g/L ,、φ(EDTA)=90 g/L ,、φ(C?H??NO  3)=4 g/L,于70±5℃下退膜5分鐘。

磷化后的未拉拔的鋼絲經(jīng)過退膜液處理后,， 觀察鋼絲表面,。如圖2所示，鋼絲表面磷化膜脫  落,，但鋼絲表面原有的黑斑不溶于堿性溶液未脫  落,；對黑斑處進(jìn)行電鏡觀察呈現(xiàn)片狀氧化層的形  貌，利用EDS譜線檢測黑斑處成分主要為Fe ,、0,   與氧化層成分基本相符,。故斷定黑斑為酸洗未  洗凈的氧化層。鋼絲夾縫中的氧化層未清洗干  凈,，磷化后在殘留氧化層表面覆蓋少量的磷化

(a) 拉拔后鋼絲表面

(b) 拉拔前鋼絲表面

圖165SiCrV6鋼絲表面形貌

層,。但由于氧化層為脆性物質(zhì)，拉拔過程中不能 起到潤滑載體作用,，拉拔過程中黑色氧化層被壓 入到鋼絲基體,，鋼絲表面潤滑不良，經(jīng)過一段時(shí) 間后形成橫裂的表面缺陷[1,。

3 表面處理工藝改進(jìn)

3.1 工藝流程的改進(jìn)

考慮到剝皮正火后鋼絲進(jìn)行間歇式酸洗,，鋼

(c)黑斑處EDS譜線

圖 2 去除磷化膜的鋼絲表面形貌

絲的夾縫之間接觸緊密容易存在未清洗干凈的 氧化皮；為規(guī)避鋼絲周轉(zhuǎn)過程中存在的擦傷,、碰 傷等風(fēng)險(xiǎn),，將原有的剝皮正火后間歇式酸洗改成 連續(xù)式在線酸洗。改進(jìn)后具體工藝流程：剝皮→ 正火→在線酸洗→水洗→表調(diào)→在線磷化,。

3.2  生產(chǎn)工藝參數(shù)

3.2.1 在線酸洗工藝

間歇式酸洗可采用硫酸,、鹽酸等強(qiáng)酸酸洗， 其去除氧化皮原理為：酸的溶解作用,、氫氣的剝  離作用以及電化學(xué)腐蝕作用[2],。無論是鹽酸還  是硫酸酸洗，由于S0?-,、Cl-等離子對后續(xù)磷化質(zhì)  量有直接影響,，故磷化之前相關(guān)雜質(zhì)離子需去除  干凈，但會(huì)產(chǎn)生大量的廢酸,、廢水,。使用磷酸可  以實(shí)現(xiàn)廢水零排放，符合零排放理念,?？紤]到現(xiàn)  有國家政策,、地方政府環(huán)保要求,，為減少環(huán)境污  染選用酸液為磷酸。相比傳統(tǒng)硫酸、鹽酸其優(yōu)點(diǎn)  主要有：磷酸的酸性相對小,、對鋼絲表面的腐蝕  小,，鋼絲不容易出現(xiàn)過酸洗現(xiàn)象。磷酸對氧化物  具有良好的溶解能力,，與亞鐵離子配位后,，其溶  解度會(huì)增加；磷酸揮發(fā)性弱,、對設(shè)備腐蝕性要?。?nbsp;磷化液主要成分中含有磷酸,，酸洗后殘留的少量  磷酸對磷化體系影響頗小,，故鋼絲磷酸酸洗對沖  洗水質(zhì)要求不高。磷酸酸性廢水可通過曝氣或  添加雙氧水后,，將水中亞鐵離子氧化沉淀后通過  壓濾方式分離出去,，上清液可繼續(xù)回用。相關(guān)反

應(yīng)方程式如下：

H?O?+Fe²*+H?→Fe?+H?O                                (1) Fe³?+PO?³-→FePO?↓                                    (2)

鋼絲正火相變轉(zhuǎn)變后表面溫度依舊很高,，可 充分利用鋼絲余熱加熱酸液,。酸洗采用兩道酸 洗，一道為預(yù)酸洗,，鋼絲進(jìn)入約5%酸液后爆水,，氧 化皮會(huì)迅速剝落，且在酸液浸蝕下,，鋼絲表面氧化 層繼續(xù)溶液,；經(jīng)過首道酸洗后鋼絲表面大部分氧 化層已經(jīng)去除干凈，為去除殘留氧化層,，使用超聲 波清洗,。超聲波清洗的主要機(jī)理為利用“超聲空 化”作用對鋼絲表面環(huán)流沖刷伴隨產(chǎn)生攪拌等綜 合效應(yīng)，使鋼絲表面氧化層中的金屬化合物瞬時(shí)

從鋼絲表面脫落,。采用低濃度酸洗溶液做清洗介 質(zhì),，通過化學(xué)反應(yīng)將金屬氧化物溶解。將超聲波 清洗與化學(xué)清洗有機(jī)地結(jié)合在一起,，形成超聲化 學(xué)清洗,，強(qiáng)化了清洗效果，可將殘留氧化層徹底去 除干凈3],。優(yōu)化后的酸洗工藝見表1,。

表 1 酸洗工藝參數(shù)

3.2.2 表調(diào)工藝

表調(diào)劑主要分為：酸性表調(diào)劑、Ti系表調(diào)劑,、 Mn系表調(diào)劑等,。選用膠鈦表調(diào)劑,，其對水質(zhì)要  求頗高，殘留磷酸進(jìn)入后會(huì)逐步將膠體破壞造成  表調(diào)失效,，從而使得鋼絲表面無法形成細(xì)小晶  核,，影響鋼絲磷化?？紤]到表調(diào)的穩(wěn)定性與實(shí)際  使用需求,，選擇酸洗表調(diào)劑，其主要成分為草酸,， 其原理為草酸與鋼絲基體反應(yīng)后形成了一層草  酸鐵鹽膜,，其為后序磷化提供了大量極小的結(jié)晶  核，提高成膜性,。其不僅可以縮短磷化時(shí)間和降  低磷化溫度,，也可提高磷化膜附著力與減少磷化  反應(yīng)的成渣量[4]。如圖3所示,，相同時(shí)間下增加

表調(diào)后磷化膜厚度明顯增加,，磷化膜覆蓋更均 勻。草酸與鋼絲基體反應(yīng)機(jī)理：Fe+H?C?O?→H? 個(gè)+FeC?O?,。

2.2.3 磷化工藝

磷化的基本原理一般認(rèn)為主要有四個(gè)步驟 組成[5]:酸浸蝕金屬基體表面使H+濃度降低→ 促進(jìn)劑加速金屬表面H+濃度降低→磷酸根的多