書釘生產(chǎn)過程中鋼絲變色問題分析

于喜彬，陳錦，孟丹，許長慶，呂成斌，魏亞平，呂鵬

（1. 天津華源線材金屬制品有限公司，天津301600；2. 天津機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院機械學(xué)院，天津300350；3. 河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院，天津300400；4. 天津市飛鴿集團聯(lián)合化工廠，天津300163）

電鍍鋅鋼絲在國內(nèi)發(fā)展很快［1］，應(yīng)用涉及也非常廣泛，其中應(yīng)用之一的書釘大多采用Q195的鍍鋅改拔鋼絲生產(chǎn)。鋼絲經(jīng)過改拔，然后軋制粘接成型。由于改拔和軋制不是同步進(jìn)行，鋼絲在改拔后需要放置一定時間，在此期間鍍鋅鋼絲表面有時會發(fā)生變色（藍(lán)綠色）的現(xiàn)象，見圖1。

鍍鋅產(chǎn)品無論是線材還是板材［2-3］，大多具有一定的裝飾性能要求，變色鋼絲軋制出的書釘顏色不均勻，對于產(chǎn)品的銷售將產(chǎn)生巨大影響。在南方地區(qū)，特別是梅雨季節(jié)，改拔鋼絲變色經(jīng)常發(fā)生，鋼絲一旦發(fā)生了變色則基本報廢。筆者對已經(jīng)變色的鋼絲進(jìn)行了金相分析，并與未變色的鋼絲的金相進(jìn)行了對比。將未充分酸洗和已充分酸洗的鍍鋅鋼絲進(jìn)行了對比濕熱試驗，進(jìn)一步研究了鋼絲表面帶有殘留氧化物對鋼絲耐腐蝕性能的影響［4］。

圖1 鍍鋅鋼絲表面呈藍(lán)綠色Fig.1 The blue-green surface of the galvanized steel wire

1 實驗

鋼絲樣品由浙江武義恒鳴文教用品廠生產(chǎn)。采用德國萊卡金相顯微鏡對樣品進(jìn)行金相分析，使用北京產(chǎn)桑普達(dá)濕熱試驗箱進(jìn)行鋼絲的濕熱試驗。對變色和不變色的試樣進(jìn)行金相分析后鍍鋅，制備不同上鋅量的鋼絲并進(jìn)行改拔，隨后進(jìn)行濕熱試驗，實驗溫度保持在50±2 ℃，濕度為95（+2%，-3%）。濕熱試驗以鋼絲表面明顯形成的綠色斑點為失效，并記錄相應(yīng)的時間。

2 結(jié)果與分析

2.1 金相分析結(jié)果

圖2 為變色鋼絲的軸向（a）和徑向（b）的剖面形貌?？梢园l(fā)現(xiàn)，變色改拔鋼絲表面粗糙［5-6］，改拔后鍍鋅層非常薄，不足以包覆鋼絲的全部，局部發(fā)生鋼絲暴露，并且發(fā)現(xiàn)鋼絲表面存在氧化物。

圖2 變色改拔鋼絲剖面形貌Fig.2 Discoloration changes the steel wire the profile appearance

同樣測試了不變色鋼絲的軸向和徑向的剖面形貌，結(jié)果見圖3。發(fā)現(xiàn)改拔絲鋼絲表面均勻，改拔后鍍鋅層較厚，足以包覆鋼絲的全部基體，沒有發(fā)生鋼絲暴露在空氣中的現(xiàn)象，可以保持產(chǎn)品顏色的穩(wěn)定性。

圖3 未變色改拔鋼絲剖面形貌Fig.3 The profile morphology of steel wire without discoloration

綜合分析認(rèn)為，質(zhì)量差的改拔鋅層很薄，不均勻，內(nèi)部鑲嵌氧化物。造成變藍(lán)現(xiàn)象是由于氧化物從鋅層中暴露出來，與空氣接觸，形成藍(lán)綠色化合物，從而導(dǎo)致鋼絲呈藍(lán)綠色。值得注意的是，原始鋼絲表面鍍鋅層中存在一定數(shù)量的氧化物，經(jīng)過電鍍后氧化物包裹在電鍍層內(nèi)。觀察沒有經(jīng)過拉拔的鋼絲時，可發(fā)現(xiàn)鍍鋅層內(nèi)部存在有氧化皮，見圖4。表面粗糙不平整是在改拔過程形成的。這些氧化物的存在，說明鋼絲電鍍鋅之前酸洗不徹底，更深層的原因是拔絲前鋼絲表面的氧化物去除不徹底［7］，也可能在拔絲后的退火過程中生成了新的氧化物。

圖4 改拔前鋼絲表面鍍層包裹氧化物Fig.4 Before the change of wire surface coating wrapped oxide

2.2 濕熱試驗

為了衡量鋼絲表面的氧化物對其耐腐蝕性能的影響，分別對充分酸洗和不充分酸洗的鋼絲進(jìn)行了濕熱試驗，結(jié)果見圖5。鋼絲的上鋅量分別是20 g/m2，25 g/m2，30 g/m2，40 g/m2。結(jié)果表情，充分酸洗的鋼絲經(jīng)過電鍍后，出現(xiàn)綠色銹斑的時間要遠(yuǎn)遠(yuǎn)長于酸洗不徹底的鋼絲，這說明生產(chǎn)工藝中的酸洗的重要性。

對于如何避免鋼絲表面存在氧化物，第一要加強拔絲過程中的彎折除銹、砂帶打磨等工序；其次，隨后的退火工藝需在還原性氣氛，如氨分解氣中進(jìn)行，盡量減少鋼絲表面生成新的氧化物［8］，從而使得電鍍過程中的在線酸洗可以將鋼絲表面徹底清洗干凈，若可采用電解酸洗則效果更優(yōu)。

圖5 濕熱試驗結(jié)果Fig.5 Damp heat test results

3 結(jié)論

1）變色的鋼絲表面粗糙并在鍍鋅層中存在氧化物，改拔后鍍鋅層非常薄，有相當(dāng)一部分氧化物暴露于空氣中，使得鋼絲變色；沒有發(fā)生變色的鋼絲改拔后表面鍍層均勻致密，厚度足以包覆基體，無鋼絲暴露現(xiàn)象。

2）電鍍層中氧化物的存在說明鋼絲電鍍鋅前酸洗不徹底，鋼絲拉拔前表面氧化物去除不徹底影響了酸洗質(zhì)量。

3）濕熱試驗驗證了酸洗在電鍍改拔絲生產(chǎn)中的重要性，鋼絲經(jīng)過充分酸洗后再進(jìn)行電鍍，其耐腐蝕性能顯著提高。