免酸洗機械除鱗用SWRH82B 盤條的研發

李 探，于 鑫，韓立軍

（天津鋼鐵集團有限公司，天津300301）

0 引言

SWRH82B（以后簡稱82B）盤條一般用于生產預應力鋼絞線，在絞線的生產過程中通常采用酸洗方式進行表面氧化鐵皮處理，酸洗過程容易造成環境污染和后續廢酸較難處理等問題。隨著我國環保形勢日益嚴峻，絞線生產企業逐步將盤條的常規酸洗處理改變為機械除鱗。國際上機械除鱗有些采用噴丸技術，但是由于高碳鋼盤條易產生磁化現象，并且使用成本相對較高[1]，該技術在國內應用較少。國內一般采用對線材反復彎曲，鋼刷清理的機械除鱗方式，并結合磷化的過程來實現盤條的表面處理[2]。該方式有利于環境保護，降低生產成本，設備易于維護。機械除鱗工藝的應用，對盤條表面、氧化鐵皮有了不同的技術要求，氧化鐵皮要求由酸洗工藝易洗掉轉變為機械除磷工藝的易剝離。本文通過技術研發，工藝改進，旨在生產出滿足機械除磷用的82B 盤條。

1 氧化鐵皮的剝離性

機械除鱗對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，從氧化鐵皮結構以及厚度對于剝離性的影響進行分析，根據其特性制定出合理的生產工藝。

1.1 盤條氧化鐵皮結構對剝離性的影響

氧化鐵皮結構：內層是疏松的FeO，中間層是致密的Fe3O4，外層是柱狀結晶Fe2O3[3]。FeO 易于機械除鱗，Fe3O4不易于機械除鱗，Fe2O3為紅色氧化鐵皮應避免產生。根據分析得出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。從熱力學角度吉布斯自由能原理分析，在高溫階段可以產生上述三種氧化鐵皮，FeO 容易產生，同時反應速率要高于Fe3O4[4]。在軋制過程中要盡量提高在高溫階段的停留時間，提高吐絲溫度是有效的辦法。低溫區會發生共析轉變FeO 會生成Fe3O4和Fe，通過加大冷卻速度可以抑制FeO 的分解。因此，將試驗方案設定為增加高溫轉變停留時間，同時抑制低溫階段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 與基體的膨脹系數的查詢[5]，基體的膨脹系數要大于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，氧化鐵皮內部產生壓應力。隨著厚度的增加，壓應力相應的增加。當壓應力大于氧化膜的臨界破壞應力時，氧化鐵皮會開裂或剝離。

2 生產實驗過程與結果分析

2.1 生產實驗過程

82B 盤條用連鑄坯采用轉爐工藝路線生產，連鑄坯的規格為150 mm×150 mm 方坯，經高線廠軋制成Φ12.5 的盤條。試驗用82B 化學成分見表1。

表1 化學成分 /%

2.1.1 82B 鋼坯加熱工藝

鋼坯連續加熱是奧氏體晶粒形核長大、均勻化的過程，同時也是坯料心部碳、合金元素溶解擴散，緩解偏析的過程，加熱溫度應不宜過低。但鋼坯保溫時間過長，加熱溫度過高，奧氏體晶粒易粗大，不利于后續晶粒細化。加熱時間控制在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。

2.1.2 82B 盤條控軋控冷工藝

控軋工藝主要是通過再結晶區域軋制，目的使奧氏體均勻再結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小的珠光體做好充足的準備。

吐絲溫度設定過高會造成晶粒粗大，影響盤條的金相組織及力學性能。吐絲溫度過低，滿足不了氧化鐵皮剝離性的要求，因此將吐絲溫度設定為910 ℃。隨著82B 吐絲溫度升高，相應增加風機風量，增加冷卻速率并抑制FeO 在低溫階段分解，同時達到穩定力學性能的目的?，F試驗工藝在原工藝的基礎上進行調整，具體見表2 所示。

表2 控軋控冷工藝

2.2 生產實驗結果分析

2.2.1 力學性能對比

按上述加熱和控軋控冷工藝生產出來的82B盤條性能穩定，完全滿足抗拉強度1150～1220 MPa，斷面收縮率≥25%的要求。原工藝三組數據與新工藝三組數據性能對比見表3。

表3 力學性能對比

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。由數據對比得出新工藝吐絲溫度高，氧化鐵皮的厚度增加，FeO 含量平均比原工藝高出13.7%，說明在高溫區間有利于FeO 生長，比Fe3O4更容易產生，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、嚴重銹蝕以及基體磁化等因素會影響機械除鱗效果, 除鱗時氧化鐵皮吸附在盤條表面不易掉落，而且磷化處理時盤條表面磷化膜難以附著。這些因素導致后續拉拔時潤滑不良、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，出現橫裂，導致拉拔斷裂。

3.2 改善方法

盤條生產過程中表面極易受油類物質污染，會吸附在表面，與盤條形成粘連，不宜掉落，因此在生產過程中集卷小車，打包機，稱重機，PF 運輸線保持清潔，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、氧結合形成Fe2O3。Fe2O3在機械除鱗的過程中與基體產生粘連，反復彎曲時不易消除。雨季時盤條應存放室內或用雨布遮蓋，防止表面銹蝕。

盤條吊裝過程中如采用電磁吊，導致盤條產生磁化，機械除鱗反復彎曲時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械除鱗用Φ12.5 mm 的82B 盤條，經機械除鱗后拉拔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1×7-Φ15.2 mm-1860MPa 預應力鋼絞線。經使用跟蹤，盤條經過放線架放線及矯直輪扭轉彎曲時表面氧化鐵皮呈現大片掉落，僅剩少量細小的氧化鐵皮附著在盤條表面，經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，能夠滿足后續拉拔要求。經用戶使用后認為盤條氧化鐵皮易剝離，半成品鋼絲表面質量良好，拉拔斷絲率低，性能穩定，生產出的鋼絞線各項指標均滿足標準要求。

5 結語

本文通過對氧化鐵皮形成原理的研究分析，工藝改進對比得出在吐絲溫度910℃時，FeO 的含量達到了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。試驗結果表明免酸洗機械除鱗用82B 盤條組織性能良好，性能穩定，索氏體化率高。并對影響氧化鐵皮剝離性的油污、銹蝕、磁化等因素進行分析研究，采取一定措施避免或減少其危害性。該產品的研制成功，不僅滿足下游絞線用戶對免酸洗機械除鱗用盤條的使用要求，更為企業在金屬制品行業開辟了廣闊的市場空間。