“走近高速钢”之六：高速钢丝拉拔研究现状

高速钢丝广泛应用于钻具、丝锥、双金属锯带等重要领域，而拉拔是高速钢丝成型的主要方式。然而，高速钢塑性较差，拉拔过程易产生表面及内部缺陷而断丝。明确影响高速钢塑性的组织及工艺因素，优化形变热处理工艺，实现高速钢线材高塑性成型具有重要意义。

钢丝拉拔是通过模孔进行变形，在外拉力、模壁与钢丝的摩擦力及模壁对钢丝的压力下，钢丝表层与心部出现了不同的变形情况。在摩擦力的作用下，钢丝表层承受附加切应力，而中心部位则承受拉、压应力。不难看出，变形过程中钢丝表层变形量较大。因此，冷拔钢丝表层组织中常出现以下缺陷【罗迪, 邢国华, 李文成, 等. 冷拔高速钢丝表面缺陷[J]. 工具技术, 1984, (09): 4-8；罗迪, 邢国华, 李文成, 等. 冷拔高速钢丝的高频热塑性的研究[J].钢铁研究总院学报, 1987, (04): 39-44；谢玉松, 徐秀章, 金永林. 碳化物对M2钢丝高频热塑性影响的初步探讨[J].特殊钢, 1984, (05): 15-27】：

1、表层组织

（1）表面层裂纹：这种缺陷的产生通常与拉拔工艺不当有关。

（2）脆性夹杂物破碎和剥落：颗粒状的夹杂物破碎剥落后在表层留下孔洞和沟槽，往往与表面层裂纹结合在一起，在后续拉拔中继续扩展为较大的微裂纹。

（3）碳化物开裂：冷拔钢丝表层组织中球状、尺寸较小的一次碳化物颗粒不易发生断裂，而大块一次碳化物容易开裂，有时单个碳化物被拉裂成数断。

2、内部组织

表面缺陷尚可通过剥皮、表面处理等手段去除，而钢丝内部缺陷若未能完全消除，则会遗传给后道钢丝，影响钢丝拉拔及使用性能。冷拔钢丝内部组织中常出现以下缺陷：

（1）碳化物微裂纹：张奎等人对M2钢冷变形时微裂纹形成进行了原位观察，研究在单轴拉伸过程中钢中碳化物粒子开裂全过程。发现微裂纹在碳化物与基体的界面萌生，而后迅速向粒子内扩展，直至贯穿粒子整个截面，没有发现裂纹终止在粒子内部的情况。微裂纹方向近似与拉伸方向垂直。微裂纹产生后，其取向和尺寸不再变化，只是微裂纹两表面间的距离被拉开【张奎, 何萍, 张少明, 等. M2钢冷变形时微裂纹形核原位观察与机理[J].钢铁研究学报, 1996, (03): 29-32.】。

孟祥康等人研究W6Mo5Cr4V2高速钢冷拔材发现，冷拔材中大块碳化物在外力作用下产生解理断裂，成为冷拔材中最严重的缺陷【孟祥康, 陈诗荪. W6Mo5Cr4V2冷拔高速钢的缺陷分析[J]. 兵器材料科学与工程, 1992, (01): 49-53】。

罗迪等人研究冷拔M2钢丝发现，钢丝中主要存在M6C、MC及M6C+MC混合型三种一次碳化物，部分一次碳化物冷拔时被拉裂，产生微裂纹。其中，混合型碳化物最容易拉裂，其次是MC，而M6C拉裂与否则与形状和尺寸有很大关系。与一次碳化物相比，钢中细小的二次碳化物，未发现拉裂【罗迪, 邢国华, 李文成, 等. 冷拔高速钢丝中的碳化物[J]. 钢铁, 1988, (09): 36-39.】。

（2）基体裂纹：俞峰等人发现碳化物微裂纹主要有两种：一为碳化物解理开裂，微裂纹产生在碳化物上，有时一颗碳化物往往裂成数段；二是基体裂纹，产生微裂纹的碳化物在后续冷拔时段与段之间都继续被拉开，碳化物与基体分离，基体中产生微裂纹。通常碳化物微裂纹是主要的，但如果钢材退火不当，碳化物与基体界面处也会残留较多的微裂纹，在冷拔时微裂纹被继续拉开，形成更大的微裂纹【俞峰, 许达, 罗迪. 高速钢中的碳化物缺陷[J]. 钢铁研究学报, 2008, (06): 1-6+52】。

近年来东南大学周雪峰团队针对双金属锯带用m42超硬高速钢细丝的制备，系统研究了冷拉拔和退火过程组织演变（表面缺陷、碳化物拉裂缺陷产生及愈合）、力学性能（硬度、强度、塑韧性），及其与变形和退火工艺参数的联系，发现钢丝塑性同时受到钢丝组织（一次碳化物尺寸及形态、二次碳化物数量、基体再结晶）、变形工艺参数（变形量、变形速率、道次/火次分配）及退火工艺参数（退火温度、时间、退火冷速），不同因素在钢丝变形不同阶段影响有差异，研究结果为开发高塑性高速钢丝拉拔及加工技术提供了理论参考。他们利用研发的高塑性拉拔技术，制备出超硬高速钢微细丝，最细直径达到0.3mm以下。

总之，高速钢复杂的组织特点（大量多尺度多类型的碳化物），导致其塑性变形影响因素复杂，实现高速钢丝高效（准）连续拉拔仍有许多工作需要开展。