CN100478495C - 拉丝用低温快速磷化液及磷化工艺 - Google Patents

拉丝用低温快速磷化液及磷化工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种能够消除高碳盘条对焊操作后，焊接区表面润滑不良，而导致钢丝的表面产生横向裂纹、拉拔断丝和绞线过程中发生断丝的拉丝用低温快速磷化液及磷化工艺。目前国内对于高碳盘条焊接区难以进行磷化处理，导致钢丝表面裂纹、拉丝断裂和绞线断裂等现象的发生，采用本发明处理盘条的焊接区，可提高对焊区的润滑性能，消除上述问题。普通拉丝用磷化膜采用中高温磷化技术制备，低温磷化一般需采用NaNO2或含NO3 -的溶液或含Ni、Cu等离子的溶液作为氧化剂，NaNO2对人体是有害的，NO3 -长期使用对人体也有不利的影响，本发明采用硫酸羟胺(HAS)替代了NaNO2，环保性能更好，且更稳定，使用周期更长。

Description

拉丝用低温快速磷化液及磷化工艺
技术领域
本发明涉及一种钢线材表面拉丝用低温快速磷化液配方及磷化工艺，主要应用于金属制品行业。
背景技术
锌系磷化膜由于具有可变形性，常被用于机械加工过程中的表面润滑处理。传统上一般采用中高温浸泡工艺制备，形成的磷化膜较厚(5-15g/m2)且比较致密，具有较好的润滑性能。
高强度混凝土用预应力(PC)钢绞线作为新一代的建筑材料，被广泛应用于高层建筑、大跨度桥梁等现代化的建筑之中。其一般生产工艺是，控冷热轧高碳盘条经高温表面磷化处理后，进行连续多道次的拉丝生产，再经绞线、稳定化处理而制成的。
由于现代化拉丝生产设备的效率很高，为避免更换盘卷时的穿模等操作，一般是采用电阻对焊的方法实现不同盘卷之间的联接。电阻对焊过程会彻底破坏盘条表面的磷化膜，大大降低了拉丝过程中盘条与模具之间的润滑性能，导致拉拔后钢丝焊接区表面产生横向裂纹，甚至发生拉拔断丝，同时也会诱发绞线断丝现象。
由于现代化生产过程的快节奏(实际生产中只有15min左右的时间可以进行磷化处理)，同时，在拉丝生产线上无法进行中高温浸泡磷化处理。因此，必须开发一种钢盘条焊接区的在线低温快速磷化液配方及磷化处理工艺。
发明内容
本发明是一种能够消除高碳盘条对焊操作后，焊接区表面润滑不良，而导致钢丝的表面产生横向裂纹、拉拔断丝和绞线过程中发生断丝的拉丝用低温快速磷化液及磷化工艺。
本发明所述拉丝用低温快速磷化液的技术方案如下：
本发明所述的一种拉丝用低温快速磷化液，包括Zn(H2PO4)2，Zn(NO3)2，H3PO4，HAS，La(NO3)3和H2O，其质量配比为：Zn(H2PO4)2∶Zn(NO3)2∶H3PO4∶HAS∶La(NO3)3∶H2O＝(40～65)∶(30～60)∶(2～8)∶(3～10)∶(0.01～1.0)∶(856～924.99)。
本发明所述的低温快速磷化膜的制备工艺是：
第一步：采用细砂轮将盘条对焊处的表面氧化皮磨去；
第二步：等磨光处的温度降低到常温后，采用手工打磨至表面粗糙度Ra＜80μm；
第三步：用浓度为5～10％的盐酸刷涂将磷化表面一次，后用水冲洗干净；
第四步：按照上述低温快速磷化液的配方配制磷化液，采用喷雾器将磷化液均匀喷涂于焊接区表面；过2min后，将表面残余磷化液吹干；
第五步：重复第三步一次。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1)磷化温度低：拉丝用磷化膜均采用中高温(45℃以上)磷化工艺制备，本发明在0℃～40℃的范围内就可实现磷化处理，不用添加额外的加热设备；
2)操作简单：普通拉丝用磷化膜的制备均采用磷化液浸泡的方式进行磷化处理，而本发明采用磷化液喷涂的方法进行磷化处理，操作更简便；
3)磷化液中Zn(H2PO4)2、Zn(NO3)2、H3PO4及La(NO3)3的使用量明显降低，废液处理简单；
4)环保性能好：普通拉丝用磷化膜采用中高温磷化技术制备，低温磷化一般需采用NaNO2或含NO3 -的溶液或含Ni、Cu等离子的溶液作为氧化剂，NaNO2对人体是有害的，NO3 -长期使用对人体也有不利的影响，而本发明采用硫酸羟胺(HAS)替代了NaNO2，环保性能更好，且更稳定，使用周期更长。
5)效果良好：目前国内对于高碳盘条焊接区难以进行磷化处理，导致钢丝表面裂纹、拉丝断裂和绞线断裂等现象的发生，采用本发明处理盘条的焊接区，可较大程度提高对焊区的润滑性能，可消除上述问题。经过5000吨1860MPa级PC钢绞线的处理试验，对比结果见表1(由于绞线断丝1次，同时会导致7根钢丝损坏相
Figure C20061009806600041
拉丝时断丝7次)。
采用快速磷化工艺对焊接区表面进行处理后，再进行正常的拉丝生产，与未经过快速表面处理的焊接区状态相比较，如图1所示。可以看到，未经磷化处理的焊接区钢丝表面，拉丝后存在明显的横向裂纹，而经快速磷化处理后，焊接区
Figure C20061009806600042
比较均匀光滑，表面横向裂纹已完全消除。
表1拉丝绞线断丝情况统计，次/100t
Figure C20061009806600051
6)磷化时间短：采用本发明在7min以内就能实现盘条焊接区的拉丝用低温磷化处理，一般处理工艺需要10min以上的磷化时间。
附图说明
图1是拉拔后钢丝的表面情况对比图，其中，(a)为未经未磷化处理的钢丝的表面情况，(b)为经过本发明快速磷化处理的钢丝的表面情况。
图2是添加HAS对磷化时间的影响曲线图。
具体实施方式
选用不同的磷化液配方，按照上述低温快速磷化工艺进行操作，具体实施实例如下：
实施例1
一种拉丝用低温快速磷化液，包括Zn(H2PO4)2，Zn(NO3)2，H3PO4，HAS，La(NO3)3和H2O，其质量配比为：Zn(H2PO4)2∶Zn(NO3)2∶H3PO4∶HAS∶La(NO3)3∶H2O＝65∶60∶8∶5∶0.5∶861.5。用于1860MPa级PC钢绞线的焊接区磷化，环境温度为0℃，磷化7min后，磷化后膜重为5g/m2，钢丝表面无横向裂纹，绞线过程中因表面缺陷引起的断丝基本消除。
实施例2
一种拉丝用低温快速磷化液，包括Zn(H2PO4)2，Zn(NO3)2，H3PO4，HAS，La(NO3)3和H2O，其质量配比为：Zn(H2PO4)2∶Zn(NO3)2∶H3PO4∶HAS∶La(NO3)3∶H2O＝55∶50∶6∶5∶0.5∶873.5。用于1860MPa级PC钢绞线的焊接区磷化，环境温度为5℃，磷化7min后，磷化后膜重为5g/m2，钢丝表面无横向裂纹，绞线过程中因表面缺陷引起的断丝基本消除。
实施例3
一种拉丝用低温快速磷化液，包括Zn(H2PO4)2，Zn(NO3)2，H3PO4，HAS，La(NO3)3和H2O，其质量配比为：Zn(H2PO4)2∶Zn(NO3)2∶H3PO4∶HAS∶La(NO3)3∶H2O＝50∶50∶5∶6∶0.5∶888.5。用于1860MPa级PC钢绞线的焊接区磷化，环境温度为10℃，磷化7min后，磷化后膜重为6g/m2，钢丝表面无横向裂纹，绞线过程中因表面缺陷引起的断丝基本消除。
实施例4
一种拉丝用低温快速磷化液，包括Zn(H2PO4)2，Zn(NO3)2，H3PO4，HAS，La(NO3)3和H2O，其质量配比为：Zn(H2PO4)2∶Zn(NO3)2∶H3PO4∶HAS∶La(NO3)3∶H2O＝55∶45∶4∶6∶0.5∶889.5。用于1860MPa级PC钢绞线的焊接区磷化，环境温度为10℃，磷化7min后，磷化后膜重为6g/m2，钢丝表面无横向裂纹，绞线过程中因表面缺陷引起的断丝基本消除。
实施例5
一种拉丝用低温快速磷化液，包括Zn(H2PO4)2，Zn(NO3)2，H3PO4，HAS，La(NO3)3和H2O，其质量配比为：Zn(H2PO4)2∶Zn(NO3)2∶H3PO4∶HAS∶La(NO3)3∶H2O＝50∶50∶5∶8∶0.1∶896.9。用于1860MPa级PC钢绞线的焊接区磷化，环境温度为20℃，磷化7min后，磷化后膜重为7g/m2，钢丝表面无横向裂纹，绞线过程中因表面缺陷引起的断丝基本消除。
实施例6
一种拉丝用低温快速磷化液，包括Zn(H2PO4)2，Zn(NO3)2，H3PO4，HAS，La(NO3)3和H2O，其质量配比为：Zn(H2PO4)2∶Zn(NO3)2∶H3PO4∶HAS∶La(NO3)3∶H2O＝50∶50∶3∶8∶0.1∶896.9。用于1860MPa级PC钢绞线的焊接区磷化，环境温度为30℃，磷化6min后，磷化后膜重为8g/m2，钢丝表面无横向裂纹，绞线过
Figure C20061009806600061
表面缺陷引起的断丝基本消除。
实施例7
一种拉丝用低温快速磷化液，包括Zn(H2PO4)2，Zn(NO3)2，H3PO4，HAS，La(NO3)3和H2O，其质量配比为：Zn(H2PO4)2∶Zn(NO3)2∶H3PO4∶HAS∶La(NO3)3∶H2O＝(40～65)∶(30～60)∶(2～8)∶(3～10)∶(0.01～1.0)∶(856～924.99)，其质量具体配比可采用下列之一：Zn(H2PO4)2∶Zn(NO3)2∶H3PO4∶HAS∶La(NO3)3∶H2O为40∶30∶2∶3∶0.01∶856、
 65∶60∶8∶10∶1.0∶924.99、
 47∶53∶5∶7.2∶0.15∶895，或者，
 55∶46∶7∶4∶0.8∶879。
实施例8
一种拉丝用低温快速磷化液，由Zn(H2PO4)2，Zn(NO3)2，H3PO4，HAS，La(NO3)3和H2O组成，其质量配比为：Zn(H2PO4)2∶Zn(NO3)2∶H3PO4∶HAS∶La(NO3)3∶H2O＝(40～65)∶(30～60)∶(2～8)∶(3～10)∶(0.01～1.0)∶(856～924.99)，其质量具体配比可采用下列之一：Zn(H2PO4)2∶Zn(NO3)2∶H3PO4∶HAS∶La(NO3)3∶H2O为40∶30∶2∶3∶0.01∶856、
           65∶60∶8∶10∶1.0∶924.99、
           40∶57∶7∶8.2∶0.17∶695，或者，
           55∶36∶3∶9∶0.08∶900。
实施例9
一种拉丝用低温快速磷化液，由Zn(H2PO4)2、Zn(NO3)2、Ca(H2PO4)2、H3PO4、HAS、La(NO3)3、H2O组成，其质量配比为：(40～65)∶(30～60)∶(1～5)∶(1～7)∶(3～10)∶(0.01～1.0)∶(852～924.99)，其质量具体配比可采用下列之一：Zn(H2PO4)2∶Zn(NO3)2∶Ca(H2PO4)2∶H3PO4∶HAS∶La(NO3)3∶H2O为：
40∶30∶1∶1∶3∶0.01∶852；
65∶60∶5∶7∶10∶1.0∶924.99；
45∶55∶3∶4∶6∶0.06∶870，或者，
56∶45∶4∶5∶4∶0.5∶900。
实施例10
一种使用上述拉丝用低温快速磷化液对SWRH82B热轧高碳盘条的焊接区进行处理的磷化工艺：
第一步：采用细砂轮将盘条对焊处的表面氧化皮磨去；
第二步：等磨光处的温度降低到常温后，采用手工打磨至表面粗糙度Ra＜80μm；
第
Figure C20061009806600081
步：用浓度为10％的盐酸刷涂将磷化表面一次，后用水冲洗干净；
第四步：按照上述低温快速磷化液的配方配制磷化液，采用喷雾器将磷化液均匀喷涂于焊接区表面；过2min后，将表面残余磷化液吹干；
第五步：重复第三步一次。
在图1中，图(a)为未经未磷化处理的钢丝的表面情况，图(b)为经过本发明快速磷化处理的钢丝的表面情况。可以看到，钢丝表面的横向裂纹已完全消失，表面质量较好。说明经本发明处理后，可有效消除焊接区表面产生的缺陷。
在图2中，曲线反映了拉丝用低温(室温15℃左右)快速磷化过程。可以看到，添加HAS磷化7min左右，磷化反应基本结束；与无HAS磷化φ-t曲线相比，添加HAS磷化的各个阶段均有明显缩短，其中第一阶段缩短近50％，第二阶段缩短了60％，第三阶段缩短了50％。说明添加HAS明显加快了磷化反应速度。

Claims (4)

1、一种拉丝用低温快速磷化液，其特征在于包括Zn(H2PO4)2，Zn(NO3)2，H3PO4，HAS，La(NO3)3和H2O，其质量配比为：Zn(H2PO4)2∶Zn(NO3)2∶H3PO4∶HAS∶La(NO3)3∶H2O＝(40～65)∶(30～60)∶(2～8)∶(3～10)∶(0.01～1.0)∶(856～924.99)。
2、根据权利要求1所述的拉丝用低温快速磷化液，其特征在于由Zn(H2PO4)2，Zn(NO3)2，H3PO4，HAS，La(NO3)3和H2O组成，其质量配比为：Zn(H2PO4)2∶Zn(NO3)2∶H3PO4∶HAS∶La(NO3)3∶H2O＝(40～65)∶(30～60)∶(2～8)∶(3～10)∶(0.01～1.0)∶(856～924.99)。
3、根据权利要求1所述的拉丝用低温快速磷化液，其特征在于由Zn(H2PO4)2、Zn(NO3)2、Ca(H2PO4)2、H3PO4、HAS、La(NO3)3、H2O组成，其质量配比为：Zn(H2PO4)2∶Zn(NO3)2∶Ca(H2PO4)2∶H3PO4∶HAS∶La(NO3)3∶H2O＝(40～65)∶(30～60)∶(1～5)∶(1～7)∶(3～10)∶(0.01～1.0)∶(852～924.99)。
4、一种用权利要求1所述拉丝用低温快速磷化液对热轧高碳盘焊接区进行处理的磷化工艺，其特征在于：
第一步：采用细砂轮将盘条对焊处的表面氧化皮磨去；
第二步：等磨光处的温度降低到常温后，采用手工打磨至表面粗糙度Ra＜80μm；
第三步：用浓度为10％的盐酸刷涂将磷化表面一次，后用水冲洗干净；
第四步：按照上述低温快速磷化液的配方配制磷化液，采用喷雾器将磷化液均匀喷涂于焊接区表面；过2min后，将表面残余磷化液吹干；
第五步：重复第三步一次。
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