CN102166693A - 高强度合金焊丝的冷拉生产防锈方法 - Google Patents

Abstract

高强度合金焊丝的冷拉生产防锈方法，其包括如下步骤：a)焊丝退火；b)热酸洗；c)涂层；e)干式拉拔；f)半成品焊丝冷酸洗工艺及浸油操作；g)成品焊丝湿式拉拔。本发明加工方法着重解决了高强度合金焊丝冷拉生产过程中防锈性能低的问题，采用新的“退火分段冷却+冷酸酸洗+涂油+湿式拉拔”方法生产光亮焊丝，替代了原有气氛保护退火、真空包装生产方式，解决高强度合金焊丝易泛锈问题。本发明产品满足高强度光亮合金焊丝技术条件要求，产品规格覆盖φ1.2～2.0mm的高强度光亮合金焊丝。

Description

高强度合金焊丝的冷拉生产防锈方法

技术领域

本发明涉及焊丝的制造方法，尤其是防止高强度合金焊丝表面生锈及改善合金焊丝加工性能而采用冷拉生产方法。

背景技术

高强度合金焊丝是一种低碳合金结构钢丝，主要用来生产φ1.2～2.0mm高强度焊丝，应用于重要工程机械、舰船、航天航空发射器构件的焊接。代表品种是H04SiMnCrNiMoV、H10SiMnCrNiMoV和H20SiMnCrNiMoV等，该合金焊丝必须具有良好的性能，尤其是对焊丝的抗拉强度、表面质量和氢含量要求较高，以防焊接后氢脆的发生。低碳合金焊丝在潮湿空气环境中，特别是在有外来电解质的情况下(如手汗或存在易吸潮的润滑剂污斑)，金属表面就会形成酸、碱、盐等弱电解质溶液，由于原电池的作用而引起焊丝表面的锈蚀。

防止生锈是焊丝冷拉生产的关键技术之一，因为使用生锈的焊丝，往往会使焊接部位出现气孔、夹渣、裂纹等一系列致命的缺陷，给焊丝企业的生产造成极大的困难。如何解决焊丝防锈性能低的问题已成为焊丝生产企业最棘手的技术难题之一。

现有高强度合金焊丝防锈技术有二类，一类是焊丝表面进行镀铜工艺后进行冷拉加工，达到防锈目的；另一类是以焊丝采用有气氛保护退火、真空包装工艺方式进行防锈处理，达到防锈目的。

第一类，焊丝通过退火软化电解酸洗清洗后，经镀铜工艺在焊丝表面形成铜保护层，二种材料间的覆合呈无缝隙整体结合，在后续拉拔深加工中镀铜层也同时延伸，然后拉拔成细的焊丝。焊丝依靠表面镀铜层隔绝与空气的接触，达到防锈的目的。

但是，这类方法存在一定的问题，对镀铜的废液及废气污染物的无公害处理提出了相当高的环保要求。同时，由于产品表面镀铜层经拉拔后非常薄，任何拉丝、擦伤都无法修复，因此产品的成料率波动较大，且难以控制。

第二类是焊丝采用再结晶退火软化，利用井式炉抽真空、充氩气保护。由于退火过程中有惰性气体保护，故焊丝退火后表面无氧化层，焊丝再经拉拔至细丝，成品焊丝在清洗线上进行超声波清洗至光亮状态，最后抽真空包装。

但是，这类方法也存在以下4方面的问题：

1.对退火装备提出很高技术性能条件要求。尤其是对退火装备的密封性、抽真空的设备配制和保护气氛的制备提出了苛刻的技术要求，同时退火装备的维护费用也较高。

2.焊丝退火生产的周期长、成本高。焊丝退火通常是将料装入炉罐中，再进行抽真空运行，然后通入保护气氛升温加热。由于加热源在炉罐外侧，炉内焊丝加热主要靠罐壁的辐射传热加热，而对流传热加热条件有限，因而焊丝加热均匀通常需要6～10小时的保温时间。保温结束后吊出炉罐，焊丝随炉罐冷却到室温需要更长的时间，以防止焊丝吊出温度过高而产生表面氧化现象。

3.焊丝退火组织性能存在差异。因为，焊丝再结晶退火的冷却速度对材料的组织状态有一定的影响，随着冷却速度的不同，最后的组织具有很大的不确定性。气氛保护的再结晶退火，焊丝冷却速度受炉罐外的环境温度差异和罐内装炉量的多少影响较大，而且受罐内冷却梯度的影响，在罐内靠近罐壁处焊丝的冷却速度明显比中央焊丝的冷却要快。因而，焊丝性能上存在一定的差异。

4.冷拉成品焊丝经超声波清洗至光亮状态，最后真空包装费用也较高，且运输不便，易破损。

发明内容

本发明的目的提供了一种高强度合金焊丝的冷拉生产防锈方法，主要采用无气氛保护退火装备，通过“退火分段冷却+冷酸酸洗+浸油+湿式拉拔”冷拉方法，生产高强度冷拉光亮合金焊丝，达到焊丝防锈的目的。

为达到上述目的，本发明的技术方案是，

高强度冷拉合金焊丝的防锈方法，其包括如下步骤：

a)焊丝退火

再结晶退火工艺参数是加温温度740℃±30℃，保温45～90分钟，保温后采用随炉冷却至640℃±30℃出炉爆水冷却方式；

b)热酸洗

焊丝热酸洗可采用硫酸或盐酸酸洗方法，具体工艺参数如下：

①硫酸槽溶液质量百分比配制为：H₂SO₄为10～20wt％，余量为水，其中对已使用过的硫酸溶液中铁盐含量需控制在Fe⁺⁺≤180g/1L；酸洗槽温度为60～85℃，焊丝酸洗时间控制在20～90min；

②盐酸槽溶液质量百分比配制为：HCl为10～15wt％，余量为水，其中对已使用过的盐酸溶液中铁盐含量需控制在Fe⁺⁺≤180g/1L；酸洗槽温度为40～80℃，焊丝酸洗时间控制在20～60min；

c)涂层

对酸洗后的焊丝进行表面润滑涂层处理；

d)干式拉拔

采用多道次拉拔工艺，拉拔的总压缩率控制在43.8％～61.0％，防止加工硬化过大；干式拉拔后对焊丝进行退火；

e)半成品焊丝酸洗工艺及浸油操作

半成品焊丝采用冷酸洗工艺，可选用硫酸或盐酸酸洗方法，具体工艺参数：

①硫酸槽溶液质量百分比配制为：H₂SO₄为15～24wt％，余量为水，其中硫酸溶液中铁盐含量Fe⁺⁺≤100g/1L，酸洗槽温度为室温，酸洗时间在40～80min；

②盐酸槽溶液质量百分比配制为：HCl为12～22wt％，余量为水，其中盐酸溶液中铁盐含量Fe⁺⁺≤100g/1L，酸洗槽温度为室温，酸洗时间在40～80min；

半成品焊丝冷酸洗后及时浸入热的清石灰液槽中和，清石灰液槽的温度控制在85℃～105℃，中和后吊出吹干，并浸入防锈油中，以防止酸洗后钢丝又重新生锈现象发生；

f)成品焊丝拉拔

成品焊丝采用润滑油湿拉拉拔方式，拉拔的总压缩率控制在36％±6％范围内，以保证产品表面光亮状态及尺寸精度；最后成品焊丝采用浸涂防锈油包装出厂。

进一步，用户使用前，采用超声波清洗焊丝，清洗的有机溶液可选用水溶性溶液试剂，该类试剂常温下极易挥发，焊丝吹干后表面光洁呈金属银亮色泽，即可投入生产。不仅操作便携，而且有效保证了焊丝表面的光亮，无氧化倾向。

另外，待拉拔料放在沥油架上沥油。

对于φ8.0mm盘条，退火后先拉拔至φ6.0～5.0mm，第2次退火后拉拔到φ3.8～3.2mm，第3次退火后拉拔到φ2.5～2.0mm，第4次退火后拉拔到φ1.6～1.5mm，第5次退火后拉拔到φ1.2mm。

本发明焊丝采用无气氛保护退火炉进行退火，解决退火装备密封性和保护气氛制备等问题。以“退火分段冷却+冷酸酸洗+涂油+湿式拉拔”冷拉方法控制焊丝的表面质量及组织性能，以加快退火生产周期，降低生产成本。利用上述工艺生产高强度光亮合金焊丝，解决真空包装，运输不便等问题，从而达到高强度焊丝冷拉防锈的目的。

本发明的有益效果

本发明加工方法着重解决了高强度合金焊丝冷拉生产过程防锈性能低的问题，采用新的“退火分段冷却+冷酸酸洗+涂油+湿式拉拔”方法生产光亮焊丝，替代了原有气氛保护退火、真空包装生产方式，解决高强度合金焊丝易泛锈问题。本发明产品满足高强度光亮合金焊丝技术条件要求，产品规格覆盖φ1.2～2.0mm的高强度光亮合金焊丝；产品获得用户的肯定。

附图说明

图1为本发明的流程图。

具体实施方式

参见图1，本发明生产流程。

材料的制备：原材料准备→真空感应炉→精整→真空自耗炉→车光→锻造方坯→探伤→热轧焊丝→然后进行冷拉加工。

制备的H10SiMnCrNiMoV和H20SiMnCrNiMoV合金焊丝，二种材料的化学成份见表1，其成份符合技术标准要求。

表1合金焊丝材料的化学成份

材料	钢种	C	Mn	S	P	Si	Ni	Cr	Mo	V	Al	Cu
													1#	H10SiMnCrNiMoV	0.09	1.03	0.002	0.004	1.27	1.94	1.53	0.53	0.08	0.01	0
2#	H20SiMnCrNiMoV	0.19	1.02	0.002	0.004	1.15	1.91	1.50	0.52	0.09	0.02	0.02

具体实施的生产目标为φ1.2～2.0mm的高强度光亮合金焊丝，按照下列步骤进行生产加工：

(1)经真空感应炉中冶炼，经过精整后再真空自耗冶炼，表面车光后锻造方坯再进行热轧焊丝，焊丝材料的化学成份见表1所示；

(2)将上述经过热轧的焊丝进行退火热处理：退火加温温度740℃±30℃，保温45～90分钟，保温后采用随炉冷却至640℃±30℃出炉并爆水冷却方式，具体工艺参数见表3-1；

(3)将上述经过退火的热轧焊丝进行酸洗，采用硫酸或盐酸酸洗方法，具体工艺参数如下：

①硫酸槽溶液质量百分比配制为：H₂SO₄为10～20wt％，余量为水，其中溶液中铁盐含量Fe⁺⁺≤180g/1L，酸洗槽温度为60～85℃，焊丝坯料及中间料酸洗时间控制在30～90min，酸洗时间控制在20～60min；

②盐酸槽溶液质量百分比配制为：HCl为10～15wt％，余量为水，其中对已使用过的盐酸溶液中铁盐含量需控制在Fe⁺⁺≤180g/1L；酸洗槽温度为40～80℃，焊丝酸洗时间控制在20～60min；

(4)将上述经过涂层的焊丝进行多道次干式拉拔，拉拔的总压缩率控制在43.8％～60.9％；具体拉拔变形量见表3-1；

(5)将上述经过中间拉拔的焊丝再次经过步骤(2)～(4)，具体循环2～3次，各拉程的工艺参数见表3-1；

(6)将上述经过中间拉拔的焊丝进行半成品退火，退火加温温度740℃±30℃，保温45～90分钟，保温后采用随炉冷却至640℃±30℃出炉爆水冷却方式，具体工艺参数见表3；

(7)将上述经过半成品退火的的焊丝进行成品酸洗，采用硫酸或盐酸酸洗方法，具体工艺参数如下：

①硫酸槽溶液质量百分比配制为：H₂SO₄为15～24wt％，余量为水，其中溶液中铁盐含量Fe⁺⁺≤100g/1L，酸洗槽温度为室温，酸洗时间控制在45～90min；成品酸洗后及时浸入热的清石灰液槽中和，清石灰液槽的温度控制85℃～105℃，中和后吊出吹干，并即时浸入防锈油中，待拉拔的料放在沥油架上；

②盐酸槽溶液质量百分比配制为：HCl为12～22wt％，余量为水，其中盐酸溶液中铁盐含量Fe⁺⁺≤100g/1L，酸洗槽温度为室温，酸洗时间在40～80min；

(8)将上述经过成品酸洗的焊丝采用润滑油湿拉拉拔，成品拉拔的总压缩率控制在36％±6％，具体拉拔变形量见表3-1；

(9)成品检验。

(10)上防锈油包装。

高强度合金焊丝的典型拉拔工艺见表2。

表2高强度合金焊丝的典型拉拔工艺

表3-1实施例1-5中合金焊丝生产加工步骤及工艺参数

表3-2实施例1-5中合金焊丝热(冷)酸洗及工艺参数

在表3中，实施例1-5生产过程各道次退火前后合金焊丝的力学性能检测结果，分别见表4。

表4实施例1-5中合金焊丝的力学性能

由表4可知，在拉拔过程中材料的冷拉抗拉强度基本控制在1260～1525Mpa。通过退火，起到了再结晶的作用，恢复了材料的塑性。每次退火都使焊丝强度比退火前降低450Mpa左右，利于下一个道次的拉拔。冷拉成品焊丝表面光亮呈金属光泽，焊丝成品抗拉强度在1100～1250MPa，焊丝挺度适中，具有良好焊接性能，符合工艺设计要求。

Claims (4)

1.高强度合金焊丝的冷拉生产防锈方法，其包括如下步骤：

a)焊丝退火

焊丝退火工艺参数是加热温度740℃±30℃，保温45～90分钟，保温后采用随炉冷却至640℃±30℃出炉并爆水冷却方式；

b)热酸洗

焊丝热酸洗采用硫酸或盐酸酸洗方法，具体工艺参数如下：

①硫酸槽溶液质量百分比配制为：H₂SO₄为10～20wt％，余量为水，其中对已使用过的硫酸溶液中铁盐含量需控制在Fe⁺⁺≤180g/1L；酸洗槽温度为60～85℃，焊丝酸洗时间控制在20～90min；

②盐酸槽溶液质量百分比配制为：HCl为10～15wt％，余量为水，其中对已使用过的盐酸溶液中铁盐含量需控制在Fe⁺⁺≤180g/1L；酸洗槽温度为40～80℃，焊丝酸洗时间控制在20～60min；

c)涂层

对热酸洗后的焊丝进行表面润滑涂层处理；

d)干式拉拔

采用多道次拉拔工艺，拉拔的总压缩率控制在43.8％～61.0％，

防止加工硬化过大；干式拉拔后对焊丝进行退火；

e)半成品焊丝冷酸洗工艺及浸油操作

半成品焊丝采用冷酸洗工艺，选用硫酸或盐酸酸洗方法，具体工艺参数：

①硫酸槽溶液质量百分比配制为：H₂SO₄为15～24wt％，余量为水，其中硫酸溶液中铁盐含量Fe⁺⁺≤100g/1L，酸洗槽温度为室温，酸洗时间在40～80min；

②盐酸槽溶液质量百分比配制为：HCl为12～22wt％，余量为水，其中盐酸溶液中铁盐含量Fe⁺⁺≤100g/1L，酸洗槽温度为室温，酸洗时间在40～80min；

半成品焊丝冷酸洗后及时浸入热的清石灰液槽中和，清石灰液槽的温度控制在85℃～105℃，中和后吊出吹干，并浸入防锈油中；

f)成品焊丝拉拔

成品焊丝采用润滑油湿拉拉拔方式，拉拔的总压缩率控制在36％±6％范围内，以保证产品表面光亮状态及尺寸精度；最后成品焊丝采用浸涂防锈油包装出厂。

2.如权利要求1所述的高强度合金焊丝的冷拉防锈方法，其特征是，用户使用前，采用超声波清洗焊丝，清洗的有机溶液可选用水溶性溶液试剂，该类试剂常温下极易挥发，焊丝吹干后表面光洁呈金属银亮色泽，即可投入生产。

3.如权利要求1所述的高强度合金焊丝的冷拉防锈方法，其特征是，待拉拔料放在沥油架上沥油。

4.如权利要求1所述的高强度合金焊丝的冷拉防锈方法，其特征是，对于φ8.0mm盘条，退火后先拉拔至φ6.0～5.0mm，第2次退火后拉拔到φ3.8～3.2mm，第3次退火后拉拔到φ2.5～2.0mm，第4次退火后拉拔到φ1.6～1.5mm，第5次退火后拉拔到φ1.2mm。