焊絲鍍銅不良影響因素探討及工藝改善

牛治凱，孫 誠

（五礦營口中板有限責任公司，遼寧 營口 115005）

CO2氣體保護實芯焊絲具有焊接效率高、焊接成本低和焊縫質量好等優點，廣泛應用于橋梁、鍋爐、船舶、車輛制造以及各類工程機械行業。五礦營口中板有限責任公司（簡稱五礦營鋼） 生產的ER70S-6 焊接用盤條憑借著穩定的力學性能、良好的拉拔、焊接性能及較高的性價比，廣泛應用于國內外焊絲生產廠家。

近年來，鑒于環境保護的需求，焊絲生產企業正逐漸淘汰之前普遍使用的對環境產生污染的酸洗生產工藝。通過技術改造，采用清潔的機械剝殼生產新工藝。工藝更新后，用戶反饋盤條表面氧化鐵皮去除不凈，粗拉拔后中間絲表面存在塊或線狀氧化鐵皮，鍍銅后焊絲發暗、發黑，需重新返工，造成大量人力、物料消耗。為改善焊絲使用效果，五礦營鋼對盤條進行檢驗，分析盤條氧化鐵皮去除不凈的影響因素，并對生產工藝進行優化。重新供貨后，焊絲鍍銅不良得到有效控制。

1 鍍銅不良原因分析及攻關

1.1 焊絲色差問題分析

五礦營鋼生產的焊絲鋼在使用過程中接到用戶反饋，部分焊絲鍍銅后出現成品焊絲發暗、發黑情況。對于鍍銅不良產生的焊絲，用戶需進行重新鍍銅方可達到標準，造成大量人力、物料消耗。

針對用戶提出問題，通過現場跟蹤發現，由于取消離線酸洗或在線酸洗工藝，在完全機械剝殼工藝下盤條粗拉拔由Φ5.5 mm 拉至Φ2.2 mm，中間絲表面存在黑線（見圖1）。

圖1 粗拉后中間絲

在中間絲取樣，對黑線和正常部位進行檢驗，見圖2、圖3。通過對比分析，確認黑線部位為殘留的氧化鐵皮。

圖2 中間絲黑線部位圖片

圖3 中間絲電鏡譜圖

分析原因主要是在原工藝下，殘留的氧化鐵皮可通過酸洗去除，新拉拔工藝由于取消酸洗，部分氧化鐵皮去除不凈，殘余的氧化鐵皮與正常基體電導率不同，影響焊絲鍍銅效果，導致焊絲表面出現色差問題[1]。

1.2 加熱工藝優化

氧化鐵皮的生成一般是由于鋼坯在加熱爐內或高溫狀態下與氧化性氣氛接觸后發生化學反應生成的一種Fe3O4、Fe2O3、FeO 混合物[2]。其形成過程主要表現為氧和鐵兩種元素相互擴散，氧由表面向鐵的內部擴散，鐵向外部擴散。

焊絲鋼含w（Si）較高（0.80%～1.00%），在加熱爐氣氛條件下，形成的液態Fe2SiO4 相難以去除。在溫度t≤1 150 ℃時，Si 元素對氧化有阻礙作用；在溫度t＞1 150 ℃時，形成難以去除的FeO-Fe2SiO4相。據李舒笳等人研究發現，Fe2SiO4在高線多道次軋制及用戶多道次拉拔后具有遺傳性，是鍍銅層呈現暗灰色或黑色的原因[3]。

五礦營鋼加熱爐均熱段溫度控制在1 150 ℃以下，通過對與盤條基體接觸的中間氧化層進行批量檢驗，均未發現硅元素，見圖4。確定加熱爐工藝合理，盤條表面難以去除的氧化鐵皮非在加熱爐生成的Fe2SiO4。

圖4 盤條剖面氧化層電鏡譜圖

1.3 鋼坯高壓水工藝優化

使用金相顯微鏡對盤條截面進行觀察，個別位置氧化鐵皮較厚，外表面呈鋸齒狀，見圖5。由于此缺陷的存在，影響機械除鱗效果，且難以通過砂布袋打磨去除，造成氧化鐵皮殘留。前期五礦營鋼生產焊絲鋼時除鱗水壓力為8 MPa，除鱗后鑄坯表面普遍殘留有大量氧化鐵皮。而在軋制過程中坯料表面的氧化鐵皮被壓入基體，造成盤條外表面鋸齒狀缺陷。

將除鱗水壓力提高至15 MPa 以上，鑄坯角部位置有少量氧化鐵皮殘留，其他部位基本去除干凈，除鱗效果明顯改善。且盤條表面鋸齒狀缺陷得到改善，表面更平滑，利于氧化鐵皮的去除。

1.4 軋鋼工藝優化

在顯微鏡下觀察盤條氧化層，取每個視場最厚處進行測量。盤條氧化層較厚，其中，最大厚度為39.9 μm，最小值為7.7 μm，平均值為17.9 μm。盤條表面氧化鐵皮厚度與軋制工藝及冷速控制相關。

五礦營鋼采用高溫吐絲+緩冷工藝生產焊絲鋼（吐絲溫度控制在900 ℃左右），保溫罩全關。盤條出保溫罩后溫度在650 ℃左右，計算冷速約在0.5 ℃/s。由于冷速較低，在高溫環境下氧化鐵皮反應生成時間較長，氧化層較厚且疏松。機械剝殼時脫落的氧化鐵皮呈粉末狀，時有剝落不凈情況。同時，也由于出罩后盤條溫度仍較高，盤條表面的FeO 發生共析反應，生成Fe3O4。與FeO 相比，Fe3O4更難以去除。

圖5 盤條氧化鐵皮厚度及形貌

為控制盤條表面氧化鐵皮厚度，并縮短FeO 共析反應時間，對焊絲鋼軋制工藝進行調整。通過數輪試驗，確定采取降低吐絲溫度、提高輥道速度、控制保溫罩開啟度等措施，可有效控制盤條入保溫罩溫度和出保溫罩溫度。

調整工藝后測量盤條表面氧化層厚度，最大15.69 μm，最小3.47 μm，平均10.53 μm。工藝調整前后氧化層厚度變化明顯，平均降低7.37 μm。盤條力學性能合格，組織為鐵素體+珠光體，晶粒度10.0級，與調整前無明顯變化。

1.5 冷卻水質優化

由于水中雜質與盤條接觸后發生電化學反應，在盤條表面生成水銹。因此，冷卻水質直接影響盤條表面水銹的產生。

通過對濁環水系統補水量調整，對比不同水質對盤條的影響。在高線水泵房出口取樣化驗水質，濁環水水質檢驗對比見表1。

表1 調整補水量后濁環水水質對比

在相同工藝下，降低補水量后盤條表面出現水銹。所以，在用戶工藝調整后，對盤條冷卻水質提出了更高的要求。

1.6 盤條表面質量優化

通過跟蹤了解到，盤條表面尺寸精度對氧化鐵皮的去除也會產生影響。在生產后期，由于輥環的磨損，盤條尺寸精度下降，嚴重時盤卷出現起棱情況。

在使用砂布袋打磨過程中，盤條起棱兩側部位存在打磨盲區，影響氧化鐵皮的去除。通過提高輥環更換頻率，盤條起棱情況可得到有效控制。

2 結論

經過全方位的攻關，五礦營鋼焊絲用盤條鍍銅不良率由原來的0.05%下降到0.003%，達到了客戶的期望值，重新獲得了市場認可。根據攻關可以得出：

1）盤條氧化鐵皮去除不凈是焊絲鍍銅不良的直接原因。而造成氧化鐵皮難以去除的原因比較復雜，涉及到盤條生產工藝、表面缺陷、水質等各個方面。

2）加熱爐均熱段溫度在1 150 ℃以下時，可有效控制難去除的Fe2SiO4的生成。

3）除鱗水壓力由8 MPa 提高至15 MPa 以上，鑄坯表面氧化鐵皮可有效去除，并改善盤條表面鋸齒狀缺陷。

4）采用合理的吐絲溫度、輥道速度以及冷卻速度等措施，可以有效控制盤條氧化層厚度和成分，生成適用于機械剝殼工藝的氧化鐵皮結構。

5）盤條表面銹蝕、不圓度大以及表面形狀不規則等也可在一定程度上影響盤條氧化鐵皮的去除效果，可通過控制水質、存放環境和換輥頻率進行改善。