一种改善合金焊丝表面镀铜色差的控制方法与流程

本发明属于铸坯加热技术领域，特别涉及一种改善合金焊丝表面镀铜色差的控制方法。尤其是通过调整铸坯炉生氧化铁皮结构来改善合金焊丝表面镀铜色差的控制方法。应用于高速线材厂生产合金焊线热轧盘条，是一种铸坯加热表面氧化铁皮控制技术，同时改善了合金焊线表面镀铜色差。

背景技术：

合金焊线钢种用户深加工需要多道次深拉拔，冷拉前要经过机械剥壳+酸洗以去除表面氧化铁皮，拉拔后表面镀铜处理。如果原材料表面铁皮难以去除，首先由于氧化铁皮硬而脆，拉拔时会导致钢丝表面损伤断丝，加剧模具损耗。但更重要的是，难以去除的氧化铁皮影响表面镀铜，使镀铜后的样品表面色彩逐渐转暗，在存在色差的不合格品上还有数量较多的“亮点”。严重影响用户制成成品焊丝后的使用性能，成为制约合金焊线钢种镀铜工序的难点。

热轧生产在高温条件下完成，钢材表面会发生剧烈的氧化，受轧制中除鳞高压水等作用，实际热轧成品盘条表面最终存在的氧化铁皮一般为三次氧化铁皮。但是高硅类的低合金钢种，在加热炉中的高温条件下，Si极易在界面上发生离子扩散作用，在界面处聚集，导致界面处形成富Si区，相邻区域则形成贫Si区，最终形成两种区域交替出现，在富Si区，Si选择性氧化后与FeO形成Fe₂SiO₄相。FeO结构疏松，空隙较大。根据FeO-SiO₂相图分析可知，SiO₂和FeO反应生成Fe₂SiO₄，在1173℃以下，氧化层由固态FeO和Fe₂SiO₄构成，而超过1173℃时，Fe₂SiO₄熔化变为液态，渗入FeO空隙中，与FeO呈相互包裹状态，此外液态的Fe₂SiO₄也易于浸入粗大的奥氏体晶界。温度降低后，凝固的Fe₂SiO₄在基体和氧化铁皮之间形成一层结构复杂的铁橄榄石层，嵌入到基体中，与基体的结合力增强，而与氧化铁皮层的结合力减弱。但由于钢种含有其他元素以及加热炉内气氛条件的变化等原因，当温度低于1173℃左右时，Fe₂SiO₄相熔化变为液态，确定Fe₂SiO₄相液态化温度成为加热炉工艺控制的关键。同时，在现有除鳞条件下以及后续用户机械除鳞+酸洗工艺，导致外层氧化铁皮去除时，内层与基体结合紧密的氧化铁皮仍有残留，并遗传影响作用于盘条表面质量，导致用户最终产品镀铜发黑脱落等严重问题。

关于高温氧化行为，国内外进行较多研究。R.Y.Chen等研究了碳钢在空气和氧气中的氧化行为。赵军等研究了加热炉内残氧值在1.2％-8％范围内的氧化烧损情况。Abuluwefa等研究了残氧值对低碳钢在1000-1250℃温度区间时氧化行为的影响。但上述研究钢种均属碳素钢，含Si量较低，而上述问题只在Si含量(Si≥0.8％)较高钢种存在。而文章《Fe₂SiO₄相析出行为对焊线钢丝表面镀铜的影响》中详细介绍了较高Si含量焊线钢的FeO-Fe₂SiO₄相形成机理，但尚未对工艺控制提出具体措施。含Si钢的高温氧化研究多集中在板材红锈和电工钢加热过程的氧化。关于在现场蓄热换向式高炉煤气加热炉的气氛条件下，含Si焊线钢的高温氧化过程中FeO-Fe₂SiO₄相的形成工艺控制以及对用户后续镀铜的影响尚未见报道。

本发明提供了一种控制合金焊线钢种铸坯氧化铁皮结构，改善合金焊线表面镀铜色差的方法。在深入分析了合金焊线钢种FeO-SiO₂相结构转变的形成机理的基础上，从相结构转变的热力学和动力学角度对合金焊线钢种氧化铁皮转变进行深入的分析，对加热工艺环节提出了更具针对性的量化操作方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种改善合金焊丝表面镀铜色差的控制方法，解决了合金焊线钢种连铸坯经加热炉后形成的氧化铁皮难以去除遗传到后续镀铜工艺的问题。

一种改善合金焊丝表面镀铜色差的控制方法，具体步骤及参数如下：

1、通过控制加热炉加热工艺制度，得以实现Fe₂SiO₄相液体化比率。预热段温度700-800℃，加热炉一段炉温850-950℃，二段炉温950-1000℃，均热段炉温1050-1150℃；控制铸坯氧化铁皮与基体间中间层中Fe₂SiO₄相液态化比率≤5％；

控制加热炉内均热段温度低于Fe₂SiO₄相成为液态化的温度。

2、加热炉内铸坯步进控步方式采用两步空一步，总加热时间控制在70-90min，其中均热段时间控制在20-30min内。

控制合金焊线钢种铸坯在加热炉内待温时间和均热段内待温时间，减轻铸坯形成Fe₂SiO₄相液态的动力学条件。

3、控制加热炉内氧化气氛条件，双蓄热加热炉内气氛残氧控制在≤3％。

本发明的优点在于：

1、通过调整预热段、加热一段、加热二段及均热段温度，控制加热炉内温度低于Fe₂SiO₄相成为液态化的温度；

2、通过调整铸坯在加热炉内的总加热时间和均热段的时间，减轻铸坯形成Fe₂SiO₄相液态的动力学条件；

3、控制加热炉内氧化气氛条件，减少炉内残氧对铸坯的氧化。

采用本发明在首钢迁钢线材厂进行合金焊线ER70S-6热轧盘条生产，在用户制成成品钢丝后镀铜质量得到明显改善。

附图说明

图1为3％残氧气氛条件下，焊线钢种铸坯在1150℃加热30分钟后FeO-SiO₂共析转变SEM形貌图。氧化铁皮和基体之间形成致密的Fe₂SiO₄层，氧化层主要是FeO。

图2为2％残氧气氛条件下，焊线钢种铸坯在1160℃加热20分钟后FeO-SiO₂共析转变SEM形貌图。Fe₂SiO₄相形成且已熔化成液态，并沿着FeO的晶界向外渗透，成为了氧、铁离子的快速扩散通道，加速了的氧化过程。

图3为5％残氧气氛条件下，焊线钢种铸坯在1150℃加热30分钟后FeO-SiO₂共析转变SEM形貌图。Fe₂SiO₄相形成且已熔化成液态，并沿着FeO的晶界向外渗透，成为了氧、铁离子的快速扩散通道，加速了的氧化过程。

具体实施方式

实施例1

本发明在首钢迁钢公司160mm²生产φ5.5mm规格合金焊线钢种ER70S-6钢线材品种上得到应用，明显改善了焊线制丝后镀铜色差问题，具体过程为：

(1)预热段700-750℃，加热炉一段炉温850-950℃，二段炉温950-1000℃，均热段炉温1050-1150℃；

(2)加热炉内铸坯步进控步方式采用两步空一步，总加热时间控制在80min，其中均热段时间控制在20min；

(3)双蓄热加热炉内气氛残氧控制在1.8％；

采用上述加热炉工艺制度后，合金焊线铸坯氧化铁皮与基体间夹层中Fe₂SiO₄相液体化比率2.5％。

实施例2

本发明在首钢迁钢公司160mm²生产φ5.5mm规格合金焊线钢种ER70S-G钢线材品种上得到应用，明显改善了焊线制丝后镀铜色差问题，具体过程为：

(1)预热段750-800℃，加热炉一段炉温850-950℃，二段炉温950-1000℃，均热段炉温1050-1150℃；

(2)加热炉内铸坯步进控步方式采用两步空一步，总加热时间控制在90min内，其中均热段时间控制在30min；

(3)双蓄热加热炉内气氛残氧控制在3.0％；

采用上述加热炉工艺制度后，合金焊线铸坯氧化铁皮与基体间夹层中Fe₂SiO₄相液体化比率4.5％。

表1为控制实施前后合金焊线钢连铸坯加热炉生氧化铁皮的用户反馈性能对比