免酸洗機(jī)械除鱗用SWRH82B 盤條的研發(fā)

李 探，于 鑫，韓立軍

（天津鋼鐵集團(tuán)有限公司，天津300301）

0 引言

SWRH82B（以后簡稱82B）盤條一般用于生產(chǎn)預(yù)應(yīng)力鋼絞線，在絞線的生產(chǎn)過程中通常采用酸洗方式進(jìn)行表面氧化鐵皮處理，酸洗過程容易造成環(huán)境污染和后續(xù)廢酸較難處理等問題。隨著我國環(huán)保形勢日益嚴(yán)峻，絞線生產(chǎn)企業(yè)逐步將盤條的常規(guī)酸洗處理改變?yōu)闄C(jī)械除鱗。國際上機(jī)械除鱗有些采用噴丸技術(shù)，但是由于高碳鋼盤條易產(chǎn)生磁化現(xiàn)象，并且使用成本相對較高[1]，該技術(shù)在國內(nèi)應(yīng)用較少。國內(nèi)一般采用對線材反復(fù)彎曲，鋼刷清理的機(jī)械除鱗方式，并結(jié)合磷化的過程來實(shí)現(xiàn)盤條的表面處理[2]。該方式有利于環(huán)境保護(hù)，降低生產(chǎn)成本，設(shè)備易于維護(hù)。機(jī)械除鱗工藝的應(yīng)用，對盤條表面、氧化鐵皮有了不同的技術(shù)要求，氧化鐵皮要求由酸洗工藝易洗掉轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械除磷工藝的易剝離。本文通過技術(shù)研發(fā)，工藝改進(jìn)，旨在生產(chǎn)出滿足機(jī)械除磷用的82B 盤條。

1 氧化鐵皮的剝離性

機(jī)械除鱗對82B 盤條氧化鐵皮的剝離性有一定要求，為得到良好的剝離效果，從氧化鐵皮結(jié)構(gòu)以及厚度對于剝離性的影響進(jìn)行分析，根據(jù)其特性制定出合理的生產(chǎn)工藝。

1.1 盤條氧化鐵皮結(jié)構(gòu)對剝離性的影響

氧化鐵皮結(jié)構(gòu)：內(nèi)層是疏松的FeO，中間層是致密的Fe3O4，外層是柱狀結(jié)晶Fe2O3[3]。FeO 易于機(jī)械除鱗，F(xiàn)e3O4不易于機(jī)械除鱗，F(xiàn)e2O3為紅色氧化鐵皮應(yīng)避免產(chǎn)生。根據(jù)分析得出FeO 是滿足剝離性成分組成，因此要提高FeO 在氧化鐵皮的成分比例。從熱力學(xué)角度吉布斯自由能原理分析，在高溫階段可以產(chǎn)生上述三種氧化鐵皮，F(xiàn)eO 容易產(chǎn)生，同時(shí)反應(yīng)速率要高于Fe3O4[4]。在軋制過程中要盡量提高在高溫階段的停留時(shí)間，提高吐絲溫度是有效的辦法。低溫區(qū)會(huì)發(fā)生共析轉(zhuǎn)變FeO 會(huì)生成Fe3O4和Fe，通過加大冷卻速度可以抑制FeO 的分解。因此，將試驗(yàn)方案設(shè)定為增加高溫轉(zhuǎn)變停留時(shí)間，同時(shí)抑制低溫階段FeO 的分解。

1.2 盤條氧化鐵皮厚度對剝離性的影響

通過對FeO 與基體的膨脹系數(shù)的查詢[5]，基體的膨脹系數(shù)要大于FeO。在快速冷卻的條件下，盤條基體的收縮要更大，氧化鐵皮則收縮小，氧化鐵皮內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力。隨著厚度的增加，壓應(yīng)力相應(yīng)的增加。當(dāng)壓應(yīng)力大于氧化膜的臨界破壞應(yīng)力時(shí)，氧化鐵皮會(huì)開裂或剝離。

2 生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)過程與結(jié)果分析

2.1 生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)過程

82B 盤條用連鑄坯采用轉(zhuǎn)爐工藝路線生產(chǎn)，連鑄坯的規(guī)格為150 mm×150 mm 方坯，經(jīng)高線廠軋制成Φ12.5 的盤條。試驗(yàn)用82B 化學(xué)成分見表1。

表1 化學(xué)成分 /%

2.1.1 82B 鋼坯加熱工藝

鋼坯連續(xù)加熱是奧氏體晶粒形核長大、均勻化的過程，同時(shí)也是坯料心部碳、合金元素溶解擴(kuò)散，緩解偏析的過程，加熱溫度應(yīng)不宜過低。但鋼坯保溫時(shí)間過長，加熱溫度過高，奧氏體晶粒易粗大，不利于后續(xù)晶粒細(xì)化。加熱時(shí)間控制在90 分鐘左右，均熱段溫度控制在1100～1200 ℃，出鋼溫度控制在1020～1050 ℃。出爐后開啟高壓水除鱗，防止一次氧化鐵皮壓入基體內(nèi)。

2.1.2 82B 盤條控軋控冷工藝

控軋工藝主要是通過再結(jié)晶區(qū)域軋制，目的使奧氏體均勻再結(jié)晶并控制奧氏體晶粒尺寸；通過控制水箱的快速冷卻，控制晶粒長大。為控冷后得到較為細(xì)小的珠光體做好充足的準(zhǔn)備。

吐絲溫度設(shè)定過高會(huì)造成晶粒粗大，影響盤條的金相組織及力學(xué)性能。吐絲溫度過低，滿足不了氧化鐵皮剝離性的要求，因此將吐絲溫度設(shè)定為910 ℃。隨著82B 吐絲溫度升高，相應(yīng)增加風(fēng)機(jī)風(fēng)量，增加冷卻速率并抑制FeO 在低溫階段分解，同時(shí)達(dá)到穩(wěn)定力學(xué)性能的目的。現(xiàn)試驗(yàn)工藝在原工藝的基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)整，具體見表2 所示。

表2 控軋控冷工藝

2.2 生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.2.1 力學(xué)性能對比

按上述加熱和控軋控冷工藝生產(chǎn)出來的82B盤條性能穩(wěn)定，完全滿足抗拉強(qiáng)度1150～1220 MPa，斷面收縮率≥25%的要求。原工藝三組數(shù)據(jù)與新工藝三組數(shù)據(jù)性能對比見表3。

表3 力學(xué)性能對比

2.2.2 金相組織對比

兩種工藝軋制出來的82B 盤條組織均良好，無異常組織，原工藝82B 盤條索氏體化率為88.8%，新工藝82B 盤條索氏體化率為89.2%。金相組織對比如圖1。

圖1 SWRH82B 金相組織

2.2.3 氧化鐵皮對比

通過表4 可以看出原工藝Fe3O4的厚度與新工藝基本持平，新工藝的FeO 平均厚度高于原工藝8.5 μm。由數(shù)據(jù)對比得出新工藝吐絲溫度高，氧化鐵皮的厚度增加，F(xiàn)eO 含量平均比原工藝高出13.7%，說明在高溫區(qū)間有利于FeO 生長，比Fe3O4更容易產(chǎn)生，氧化鐵皮厚度如圖2。

表4 氧化鐵皮含量及厚度對比

圖2 氧化鐵皮厚度

3 其它影響因素及改進(jìn)方法

3.1 油污、銹蝕、磁化因素的影響

盤條表面如存在油污、嚴(yán)重銹蝕以及基體磁化等因素會(huì)影響機(jī)械除鱗效果, 除鱗時(shí)氧化鐵皮吸附在盤條表面不易掉落，而且磷化處理時(shí)盤條表面磷化膜難以附著。這些因素導(dǎo)致后續(xù)拉拔時(shí)潤滑不良、拉拔摩擦力過大、線溫度急劇升高，在過程線表面形成白亮的異常組織，出現(xiàn)橫裂，導(dǎo)致拉拔斷裂。

3.2 改善方法

盤條生產(chǎn)過程中表面極易受油類物質(zhì)污染，會(huì)吸附在表面，與盤條形成粘連，不宜掉落，因此在生產(chǎn)過程中集卷小車，打包機(jī)，稱重機(jī)，PF 運(yùn)輸線保持清潔，避免油污污染。

盤條通常在露天存放，受降雨影響較大，易與空氣中的水、氧結(jié)合形成Fe2O3。Fe2O3在機(jī)械除鱗的過程中與基體產(chǎn)生粘連，反復(fù)彎曲時(shí)不易消除。雨季時(shí)盤條應(yīng)存放室內(nèi)或用雨布遮蓋，防止表面銹蝕。

盤條吊裝過程中如采用電磁吊，導(dǎo)致盤條產(chǎn)生磁化，機(jī)械除鱗反復(fù)彎曲時(shí)掉落的氧化鐵皮因含具有磁性Fe3O4，被吸附在盤條表面。盤條的倒運(yùn)過程采用C 型勾吊裝能保證盤條及氧化鐵皮無磁性。

4 用戶使用情況

下游用戶采購我公司機(jī)械除鱗用Φ12.5 mm 的82B 盤條，經(jīng)機(jī)械除鱗后拉拔9 道次至Φ5.24 mm（芯絲）或Φ5.05 mm（邊絲）半成品鋼絲，用于捻制成生產(chǎn)1×7-Φ15.2 mm-1860MPa 預(yù)應(yīng)力鋼絞線。經(jīng)使用跟蹤，盤條經(jīng)過放線架放線及矯直輪扭轉(zhuǎn)彎曲時(shí)表面氧化鐵皮呈現(xiàn)大片掉落，僅剩少量細(xì)小的氧化鐵皮附著在盤條表面，經(jīng)鋼絲刷處理后盤條表面光潔，在硼化工藝處理后盤條表面能夠均勻的附著一層潤滑膜，能夠滿足后續(xù)拉拔要求。經(jīng)用戶使用后認(rèn)為盤條氧化鐵皮易剝離，半成品鋼絲表面質(zhì)量良好，拉拔斷絲率低，性能穩(wěn)定，生產(chǎn)出的鋼絞線各項(xiàng)指標(biāo)均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

5 結(jié)語

本文通過對氧化鐵皮形成原理的研究分析，工藝改進(jìn)對比得出在吐絲溫度910℃時(shí)，F(xiàn)eO 的含量達(dá)到了71%，比原工藝高13.7%，厚度平均比原工藝高8.5μm，具有良好的剝離性。試驗(yàn)結(jié)果表明免酸洗機(jī)械除鱗用82B 盤條組織性能良好，性能穩(wěn)定，索氏體化率高。并對影響氧化鐵皮剝離性的油污、銹蝕、磁化等因素進(jìn)行分析研究，采取一定措施避免或減少其危害性。該產(chǎn)品的研制成功，不僅滿足下游絞線用戶對免酸洗機(jī)械除鱗用盤條的使用要求，更為企業(yè)在金屬制品行業(yè)開辟了廣闊的市場空間。