易酸洗焊丝钢高速线材的生产方法与流程

本发明涉及一种高速线材的生产方法，尤其是一种易酸洗焊丝钢高速线材的生产方法。

背景技术：

焊接材料应用覆盖整个国民经济的生产过程，主要应用在钢结构建筑、大型石化设备、核电工程、船舶制造、轨道交通、管道工程、工程机械、海洋工程等领域。实心焊丝在生产过程中需要多次拉拔至φ1mm以下,并进行表面镀铜处理，因此盘条表面氧化铁皮在焊丝加工过程中必须去除干净，否则会造成拉拔过程中线材表面划伤、镀铜不牢等最终产品的质量缺陷。

目前业内在焊丝生产中氧化铁皮去除多数采用酸洗方式，而随着国家环保政策的不断加严，用户要求尽量减少母材在酸洗过程中的耗酸量和酸洗时间，以期降低废酸排放量和提高生产效率。

目前公开资料表明，对于高速线材产品，氧化铁皮结构对于帘线钢等轧后快速冷却的高碳钢研究较多，对于普碳钢也有相关报道，其控制方法主要是通过调整吐丝温度和辊道速度来实现。但是对于焊丝钢，因其产品质量特殊要求，吐丝温度和辊道速度调整余地极小，对该类产品的氧化铁皮控制方法鲜有报道。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种能有效地降低酸洗难度的易酸洗焊丝钢高速线材的生产方法。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：其包括吐丝、保温罩缓冷和集卷工序，所述保温罩缓冷工序中，出保温罩后的线材经风机鼓风快速冷却以使线材在550～450℃温度区间停留时间不大于20s。

本发明所述保温罩缓冷工序中，线材出保温罩的温度为610～630℃。所述保温罩缓冷工序中，线材以740～800℃进入保温罩，以1.0℃/s及以下的冷速进行冷却完成相变。

本发明所述集卷工序中，线材开始集卷的温度为300～350℃。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明通过分析盘条表面三次氧化铁皮的组成结构，通过轧后控冷工艺的优化，使得产品快速通过450℃～550℃的氧化铁皮共析反应时间，大幅度降低了氧化铁皮的厚度，同时降低了难以酸洗的fe3o4含量；本发明生产的焊丝用盘条在下游用户酸洗时，耗酸量和酸洗时间均降低30%以上，显著降低了废酸排放，降低了废酸对环境的污染，提高了生产效率。

本发明改善了高速线材产品表面氧化铁皮的结构，减少了下游用户酸洗耗酸量和酸洗时间，降低了废酸排放，减少了环境污染并提高了生产效率，通过降低废酸排放降低污染创造的社会和经济效益十分显著。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明方法所生产线材er70s-6氧化铁皮的金相组织图；

图2是传统工艺所生产线材er70s-6氧化铁皮的金相组织图；

图3为本发明所生产线材er70s-6的金相组织组成图；

图4是传统工艺所生产线材er70s-6的金相组织组成图。

具体实施方式

本易酸洗焊丝钢高速线材的生产方法的设计原理如下所述：

（1）氧化铁皮生成原理及组成分析：焊丝钢高速线材的生产过程包括加热、轧制、吐丝、保温罩缓冷和集卷工序；加热工序中，钢坯在加热炉内加热过程中生成一次氧化铁皮，主要依靠钢坯出炉时高压水除磷机去除；轧制工序中，在轧机轧制过程中钢材生成二次氧化铁皮，主要依靠孔型中轧制的变形过程及附加水喷嘴或者压缩空气吹扫去除；轧制工序中，在精轧机组终轧之后产品控制冷却中生成三次氧化铁皮，附着在产品表面。三次氧化铁皮在最终使用前需要下游用户依靠机械除磷或者酸洗去除。

相关文献表明，氧化铁皮由三层构成，厚的氧化亚铁内层、较薄的四氧化三铁中间层和外层少量三氧化二铁，三者在1000℃轧制时比例为95:4:1。氧化铁皮在700℃以上生长较为迅速，低于700℃时生成速率较低。

根据fe-o平衡相图，570℃～1371℃时feo处于稳定状态，在570℃以下时，feo发生共析反应，生成fe和fe3o4的混合产物。feo的含氧量在850℃～1000℃时比较低，在温度350℃～550℃比较大大，因此在温度逐渐降低时，feo层中的含氧量逐渐达到过饱和状态，导致在靠近fe3o4层的feo层中析出先共析fe3o4，其反应方程式为：4feo→fe3o4+fe。

据公开研究资料表明低碳钢feo层先共析或共析转变的“鼻尖”温度为450℃～550℃。

氧化铁皮中的feo在酸洗中较为容易去除，fe3o4带有磁性附着于钢材表面难于酸洗。因此，降低酸洗耗酸量和酸洗时间的主要途径为线材减少氧化铁皮总厚度和氧化铁皮组织中的fe3o4的含量。有利于除鳞酸洗的feo和fe3o4固溶体在575℃以上是稳定的，575℃以下时feo不稳定，并且按照4feo=fe3o4+fe分解，当温度进一步降低到300℃以下时，这种转变趋近于零；如果氧化铁皮在较低温度570～300℃下急速冷却，那么feo和fe3o4固溶体来不及分解，在更低的温度下被固定下来；若缓慢冷却则铁皮中feo大部分分解为大部分分解为fe3o4。

在线材完成相变后，通过一定的冷却方法，使线材迅速通过550℃～450℃氧化铁皮共析反应温度区间，避免feo发生共析反应而生成fe3o4，同时避免了氧化铁皮的继续增厚，是减酸洗焊丝钢氧化铁皮的控制技术方法。

（2）传统工艺分析：焊丝钢高速线材在生产过程中，实心焊丝用盘条母材需保证从φ5.5mm稳定拉拔到φ0.8mm不发生断丝，因此对焊丝母材的金相组织有严格要求，希望得到的组织为铁素体和少量珠光体，不能存在贝氏体、马氏体等过冷组织。为了保证产品的金相组织，实心焊丝用线材产品在终轧后经过水冷控制吐丝温度，在风冷辊道冷却时必须加保温罩缓冷，在保温罩内停留足够长的时间以极低的温降速率完成相变后再进行收集打包。

由于需要保证线材的金相组织，焊丝的吐丝温度基本固定，吐丝后需要在保温罩内以不高于于1度/秒的温降速率缓慢冷却完成相变，因此焊丝钢在800℃～700℃高温区间的氧化铁皮生成过程可控因素很少；控制氧化铁皮组成的重点在线材完成相变以后，通过大幅度降低氧化铁皮发生共析反应的时间的方法来改善氧化铁皮组成。

传统工艺线材在完成相变出保温罩后线圈搭接点温度在610℃～630℃，非搭接点温度在500℃～530℃，到达集卷桶时温度分别为460℃～480℃和320℃～350℃。在450℃～550℃温度区间内，线材处于密集缓慢运输阶段，表面生成的氧化铁皮有足够时间发生共析反应。线材从出罩到收集运行时间约100秒，在此运行区间内，线材以1.5～2℃/秒的降温速率运行。该区间近似等于feo层在550～450℃转变区间内停留100秒，给予了feo层较长的析出fe3o4的时间，并且氧化铁皮会继续增厚。fe3o4具有磁性紧密附着于线材铁基体表面，并且难溶解于酸，因此在此区间温度时间停留过长，会导致产品酸洗耗酸量和酸洗时间增加。

（3）本方法工艺：本方法对旧工艺进行改进，工艺如下：所述精轧工序得到的盘条经过3～4个水冷箱冷却后进入吐丝工序，吐丝温度控制在830～870℃。吐丝后线材进入保温罩缓冷工序，线材以740～800℃进入保温罩，以1.0℃/秒及以下的冷速进行冷却完成相变，相变后的线材以610～630℃出保温罩；出保温罩后的线材经风机鼓风快速冷却以使线材在550～450℃温度区间停留时间不大于20秒。线材冷却至300～350℃进入集卷工序进行集卷。上述过程中，在线材完成相变出保温罩后，适当开启风冷线最后一台靠近集卷位置的风机，同时提高线材出保温罩后辊道输送速度，拉大线圈间隔以加强冷却效果，使线材迅速通过共析反应温度区间（550～450℃）。本方法与传统工艺相比，不同工艺下的温度见表1，不同工艺的氧化铁皮组成见表2。

表1：线材不同工艺下温度

表2：不同工艺的氧化铁皮组成

实施例1：本易酸洗焊丝钢高速线材的生产方法采用下述具体工艺。

本实施例生产er70s-6焊丝用盘条，规格为φ5.5mm。所述精轧工序得到的盘条经过3个水冷箱冷却后进入吐丝工序，吐丝温度控制在830～860℃。吐丝后线材进入保温罩缓冷工序，线材以780～800℃进入保温罩，以0.7～0.9℃/s的冷速进行冷却完成相变，相变后的线材在610～620℃出保温罩；出保温罩后的线材经风机鼓风快速冷却以使线材在550～450℃温度区间停留时间为16s。线材冷却至330～350℃进入集卷工序进行集卷，典型集卷温度330度（中间）和350度（搭接点）。

采用传统工艺将相同的盘条加工成线材作为对比，图1为本方法所得线材氧化铁皮的金相组织图、图2是传统工艺所得线材氧化铁皮的金相组织图，由图可见，本方法有效地降低了氧化铁皮总厚度，fe3o4含量明显减少。图3为本方法所得线材的金相组织组成图、图4是传统工艺所得线材的金相组织组成图，由图可见，两种工艺产品金相组成均为铁素体和少量珠光体，无异常组织，说明了产品的金相组织和力学性能没有异常变化。

经检测，本方法所得线材的氧化铁皮情况平均为：总厚度5.60μm、fe3o40.46μm、fe05.14μm；传统工艺所得线材的氧化铁皮情况平均为：总厚度14.00μm、fe3o42.31μm、fe011.69μm；可见，本方法生产的焊丝钢线材的氧化铁皮总厚度降为传统工艺线材的40%、难溶于酸的fe3o4降为传统工艺线材的19.9%，从氧化铁皮总量和fe3o4含量上均有利于降低酸洗的耗酸量和酸洗时间；产品经酸洗，酸洗耗酸量和酸洗时间均较传统工艺线材减少20～30%，效果显著。

实施例2：本易酸洗焊丝钢高速线材的生产方法采用下述具体工艺。

本实施例在某高线车间生产某合资企业定制h11mn2sia气体保护焊丝用盘条，规格为φ5.5mm。所述精轧工序得到的盘条经过4个水冷箱冷却后进入吐丝工序，吐丝温度控制在830～860℃。吐丝后线材以740～750℃进入保温罩，以0.6～0.8℃/s的冷速进行冷却完成相变，相变后的线材以620～630℃出保温罩；出保温罩后的线材经风机鼓风快速冷却以使线材在550～450℃温度区间停留时间为20s。线材冷却至320℃（中间）～350℃（搭接点）进入集卷工序进行集卷，后续进行收集、打包。

采用传统工艺生产的φ5.5mmh11mn2sia气体保护焊丝用盘条，取样与本方法生产的盘条加工成镶嵌样作为对比，在光学显微镜下进行检测，采用本方法所生产的线材的氧化铁皮测量数据平均值为：总厚度5.52μm、fe3o40.48μm、fe05.71μm；传统工艺所得线材的氧化铁皮情况平均为：总厚度16.10μm、fe3o42.75μm、fe011.72μm；可见，本方法生产的焊丝钢线材的氧化铁皮总厚度、难溶于酸的fe3o4的厚度比传统工艺显著降低，氧化铁皮总量和fe3o4含量上均有利于降低酸洗的耗酸量和酸洗时间；产品经酸洗，酸洗耗酸量和酸洗时间均较传统工艺线材减少30%以上，用户反映良好。

实施例3：本易酸洗焊丝钢高速线材的生产方法采用下述具体工艺。

本实施例生产er50s-6焊丝用盘条，规格为φ5.5mm。所述精轧工序得到的盘条经过3个水冷箱冷却后进入吐丝工序，吐丝温度控制在840～870℃。吐丝后线材进入保温罩缓冷工序，线材以760～780℃进入保温罩，以0.8～1.0℃/s的冷速进行冷却完成相变，相变后的线材在615～625℃出保温罩；出保温罩后的线材经风机鼓风快速冷却以使线材在550～450℃温度区间停留时间为18s。线材冷却至330～350℃进入集卷工序进行集卷，典型集卷温度300度（中间）和320度（搭接点）。

采用传统工艺生产的φ5.5mmer50s-6气体保护焊丝用盘条，取样与本方法生产的盘条加工成镶嵌样作为对比，在光学显微镜下进行检测，采用本方法所生产的线材的氧化铁皮测量数据平均值为：总厚度5.62μm、fe3o40.50μm、fe05.13μm；传统工艺所得线材的氧化铁皮情况平均为：总厚度17.17μm、fe3o42.92μm、fe010.90μm；可见，本方法生产的焊丝钢线材的氧化铁皮总厚度、难溶于酸的fe3o4的厚度比传统工艺显著降低，氧化铁皮总量和fe3o4含量上均有利于降低酸洗的耗酸量和酸洗时间；产品经酸洗，酸洗耗酸量和酸洗时间均较传统工艺线材减少20%～30%。