一种基于斯太尔摩法高碳钢长材表面氧化物控制方法
阅读说明：本技术 一种基于斯太尔摩法高碳钢长材表面氧化物控制方法 (Stelmor method based high-carbon steel long material surface oxide control method ) 是由 唐伟 柯晓涛 邓通武 于 2021-08-24 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于斯太尔摩法高碳钢长材表面氧化物控制方法,该方法包括：斯太尔摩风冷线吐丝温度控制,基于高碳钢长材的目标用户是酸洗法剥壳用户还是机械法剥壳用户,对吐丝温度进行相应地控制；斯太尔摩风冷线冷速控制,对吐丝获得的高碳钢长材进行两段式分段冷却,第一段为从吐丝温度至相变温度的急冷阶段,第二段为从相变温度至集卷温度的缓冷阶段,基于高碳钢长材的目标用户是酸洗法剥壳用户还是机械法剥壳用户,对缓冷阶段的冷速以及集卷温度进行相应地控制。采用本发明提供的方法生产的高碳钢长材表面能够满足酸洗法剥壳用户/机械法剥壳用户的个性化要求,覆盖面广。(The invention discloses a stelmor method-based control method for surface oxides of high-carbon steel long materials, which comprises the following steps: controlling the spinning temperature of the stelmor air-cooled line, and correspondingly controlling the spinning temperature based on whether a target user of the high-carbon steel long material is an acid pickling method shelling user or a mechanical method shelling user; the stelmor air-cooled linear cooling speed control is used for carrying out two-section sectional cooling on a high-carbon steel long material obtained by spinning, wherein the first section is a rapid cooling stage from the spinning temperature to the phase change temperature, the second section is a slow cooling stage from the phase change temperature to the coil collecting temperature, and the cooling speed and the coil collecting temperature in the slow cooling stage are correspondingly controlled based on whether a target user of the high-carbon steel long material is a pickling method shelling user or a mechanical method shelling user. The surface of the high-carbon steel long material produced by the method provided by the invention can meet the individual requirements of a pickling method husking user/a mechanical method husking user, and the coverage is wide.)
技术领域
本发明属于冶金技术领域，涉及基于斯太尔摩法高碳钢长材表面氧化物控制方法，特别涉及一种风冷控制氧化物的方法。
背景技术
高碳钢长材是制备高强预应力钢丝和钢绞线的重要原料，在风冷条件下，热轧长材表面在高温吐丝后不可避免地会形成一层金属氧化物，氧化物的厚度和微观结构的不同影响着拉拔前的剥离效果，若氧化物未除净，在拉拔过程中易在表面形成裂纹甚至断裂，严重影响生产效率。目前，除鳞工艺有机械法和酸洗法。机械法要求长材表面氧化物在反复弯曲过程中呈大块状脱落，脱落后表面光洁，表面易涂抹拉拔润滑粉，润滑膜厚度均匀；酸洗法要求氧化物易在酸中溶解，耗酸量小，不得出现过酸洗和欠酸洗而引起的表面缺陷问题。
鉴于不同的除鳞工艺对长材表面氧化物有不同的要求，如何使长材表面氧化物满足或适应不同目标用户的个性化需求有待研究。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供了基于斯太尔摩法高碳钢长材表面氧化物控制方法，由此使长材表面氧化物满足或适应机械法和酸洗法用户的个性化需求。
为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
根据本发明的一方面，提供了一种基于斯太尔摩法高碳钢长材表面氧化物控制方法，其包括：
斯太尔摩风冷线吐丝温度控制，基于高碳钢长材的目标用户是酸洗法剥壳用户还是机械法剥壳用户，对吐丝温度进行相应地控制；
斯太尔摩风冷线冷速控制，对吐丝获得的高碳钢长材进行两段式分段冷却，第一段为从吐丝温度至相变温度的急冷阶段，第二段为从相变温度至集卷温度的缓冷阶段，基于高碳钢长材的目标用户是酸洗法剥壳用户还是机械法剥壳用户，对缓冷阶段的冷速以及集卷温度进行相应地控制。
根据本发明的一个实施例，当高碳钢长材的目标用户是酸洗法剥壳用户时所选择的吐丝温度小于当高碳钢长材的目标用户是机械法剥壳用户时所选择的吐丝温度。
根据本发明的一个实施例，当高碳钢长材的目标用户是酸洗法剥壳用户时，将吐丝温度控制在840±10℃；当高碳钢长材的目标用户是机械法剥壳用户时，将吐丝温度控制在920±10℃。
根据本发明的一个实施例，吐丝温度控制是通过控制精轧出口温度和精轧后水箱入口水量、水压来实现的。
根据本发明的一个实施例，当高碳钢长材的目标用户是酸洗法剥壳用户时所选择的缓冷阶段的冷速范围不同于当高碳钢长材的目标用户是机械法剥壳用户时所选择的缓冷阶段的冷速范围。
根据本发明的一个实施例，当高碳钢长材的目标用户是酸洗法剥壳用户时，缓冷阶段长材表面冷速2.0℃/s～3.0℃/s，当高碳钢长材的目标用户是机械法剥壳用户时，缓冷阶段长材表面冷速1.0℃/s～1.5℃/s。
根据本发明的一个实施例，当高碳钢长材的目标用户是酸洗法剥壳用户时所选择的急冷阶段的冷速范围与当高碳钢长材的目标用户是机械法剥壳用户时所选择的急冷阶段的冷速范围相同。
根据本发明的一个实施例，当高碳钢长材的目标用户是酸洗法剥壳用户时所选择的急冷阶段的冷速范围与当高碳钢长材的目标用户是机械法剥壳用户时所选择的急冷阶段的冷速范围均为≥8.0℃/s。
根据本发明的一个实施例，冷速控制通过控制风机开启度、保温罩开/关、辊速来实现；在急冷阶段，对应风机开启度为100％，风量为20万m3/h，对应保温罩全部打开；在缓冷阶段，对应风机开启度为0％，当高碳钢长材的目标用户是酸洗法剥壳用户时，对应保温罩全部打开，当高碳钢长材的目标用户是机械法剥壳用户时，对应保温罩全部关闭。
根据本发明的一个实施例，当高碳钢长材的目标用户是酸洗法剥壳用户时，将集卷温度控制在350±10℃；当高碳钢长材的目标用户是机械法剥壳用户时，将集卷温度控制在450±10℃。
本发明的技术方案通过对斯太尔摩风冷线吐丝温度、冷速(风机开启度、保温罩开/关、辊速)、集卷温度的控制，使针对机械法剥壳用户提供的高碳钢长材表面氧化物能够以大块状脱落且脱落后表面光洁，使针对酸洗法剥壳用户提供的高碳钢长材表面氧化物易酸洗且氧化物层薄，同时，本发明的技术方案获得的长材组织和性能均满足用户使用要求。
高碳钢长材表面氧化物层的典型显微结构分为三层：最外层为Fe2O3层，量非常少，对氧化物剥离性能的影响忽略不计；中间层为先共析Fe3O4层；内层为疏松的FeO层。斯太尔摩风冷线具有冷速、辊速、吐丝温度灵活可调的特点，在这三个因素的共同耦合下，可精细控制氧化物的形成条件，改变氧化物的结构、厚度和性能，能够使制备出的氧化物满足个性化需求。
采用上述技术方案所产生的有益效果包括：
(1)通过控制精轧出口温度和精轧后水箱入口水量、水压，使长材温度均匀，降低氧化物形成速率，提高长材基体表面质量；
(2)控制吐丝温度，获得不同厚度、物相含量的氧化物层，使氧化物组分以FeO为主，先共析Fe3O4为辅，避免生成难以去除的先共析Fe3O4，提高易去除的FeO氧化物比例；
(3)控制目标用户是酸洗法剥壳用户时所选择的吐丝温度小于目标用户是机械法剥壳用户时所选择的吐丝温度，从而获得较薄且FeO含量多的氧化物层，降低酸洗用户酸耗量。
(4)控制吐丝温度至相变温度的冷速，避免高碳钢组织中析出先共析渗碳体，有效控制高碳钢长材组织和性能；
(5)合理控制相变温度至集卷温度的冷速，可有效控制在FeO氧化物中析出Fe3O4的含量，获得不同剥壳方式需求的氧化物层，相变过程中较低的冷却速度还可确保长材具有充分的相变时间完成相变，有效控制长材的组织和性能；
(6)控制目标用户是酸洗法剥壳用户时相变温度至集卷温度的缓冷阶段冷速不同于目标用户是机械法剥壳用户时相变温度至集卷温度的缓冷阶段冷速，从而控制共析Fe3O4含量，使酸洗法剥壳用户时的氧化物在FeO层中基本不析出Fe3O4，机械法剥壳用户时的氧化物在FeO层中析出一定量的弥散Fe3O4。
(7)当高碳钢长材的目标用户是酸洗法剥壳用户时，缓冷阶段长材表面冷速2.0℃/s～3.0℃/s，该冷速范围内基本不从FeO层中析出Fe3O4，冷速过低则开始析出Fe3O4，冷速过高则引起相变过程后残余应力过大，组织转变不完全等问题。
(8)当高碳钢长材的目标用户是机械法剥壳用户时，缓冷阶段长材表面冷速1.0℃/s～1.5℃/s，该冷速范围内FeO层中可析出一定量的弥散Fe3O4，冷速过低则会析出过多的Fe3O4附着于长材基体，影响后续剥壳效果，冷速过高则不析出弥散Fe3O4。
(9)通过本发明的工艺控制，使酸洗式的氧化物质量分数(即，氧化物质量占高碳钢长材总质量的百分数)控制在0.4％～0.5％，FeO相含量＞60％，降低了酸洗法的酸耗量；通过本发明的工艺控制，使机械剥壳的氧化物质量分数控制在0.5％～0.6％，Fe3O4相含量＞40％，使颗粒状共析Fe3O4一定量地析出，增加氧化物层的整体强度，避免在存放和运输过程中脱落，获得的高碳钢组织和性能均满足用户要求。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
根据需要，本发明说明书中公开了本发明的具体实施例；然而，应当理解在此公开的实施例仅为可通过多种、可替代形式实施的本发明的示例。在下文的描述中，在构想的多个实施例中描述了多个操作参数和部件。这些具体的参数和部件在本说明书中仅作为示例而并不意味着限定。
本发明提供了一种基于斯太尔摩法高碳钢长材表面氧化物控制方法，通过对斯太尔摩风冷线吐丝温度、冷却速度(风机开启度、保温罩开/关、辊速)、集卷温度的控制，使针对机械法剥壳用户提供的高碳钢长材表面氧化物以大块状脱落且脱落后表面光洁，使针对酸洗法剥壳用户提供的高碳钢长材表面氧化物易酸洗且氧化物层薄。
斯太尔摩风冷线吐丝温度控制包括：对于针对酸洗法剥壳用户提供的高碳钢长材，通过控制精轧出口温度和精轧后水箱入口水量、水压，使吐丝温度控制在840±10℃；对于针对机械法剥壳用户提供的高碳钢长材，通过控制精轧出口温度和精轧后水箱入口水量、水压，使吐丝温度的控制在920±10℃。
对于酸洗法剥壳用户提供的高碳钢长材，斯太尔摩风冷线冷速控制包括：对吐丝获得的高碳钢长材进行两段式分段冷却，第一段为从吐丝温度840±10℃至相变温度590±10℃，对应风机开启度为100％，风量为20万m3/h，对应保温罩全部打开，使长材表面冷速≥8.0℃/s，第二段为从相变温度590±10℃至集卷温度350±10℃，对应风机开启度为0％，对应保温罩全部打开，使长材表面冷速2.0℃/s～3.0℃/s，由此获得适用于酸洗的高碳钢长材表面金属氧化物。
对于针对机械法剥壳用户提供的高碳钢长材，斯太尔摩风冷线冷速控制包括：对吐丝获得的高碳钢长材进行两段式分段冷却，第一段为从吐丝温度920±10℃至相变温度590±10℃，对应风机开启度为100％，风量为20万m3/h，对应保温罩全部打开，使长材表面冷速≥8.0℃/s，第二段相变温度590±10℃至集卷温度450±10℃，对应风机开启度为0％，对应保温罩全部关闭，使长材表面冷速1.0℃/s～1.5℃/s，由此获得适用于机械剥壳的高碳钢长材表面金属氧化物。
在一些实施例中，所述的高碳钢为SWRH82B长材。
采用本发明的方法生产的高碳钢长材表面能够满足酸洗法剥壳用户/机械法剥壳用户的个性化要求，覆盖面广，可推广应用到其他高碳普钢长材表面氧化物的控制。
下面通过具体的实施例对本发明进行具体的说明。
实施例1
某金属制品公司采用本发明技术制得φ12.5mm规格的SWRH82B钢绞线用热轧长材原料，目标用户采用机械法剥壳工艺，斯太尔摩法表面氧化物控制工艺为：
(1)控制精轧出口温度和精轧后水箱入口水量和水压，将吐丝温度控制在923℃，吐丝后在斯太尔摩风冷线冷却，表面氧化后获得以FeO为主且较厚的金属氧化物；
(2)第一段控制1#-4#风机开启度，开启值为100％，风量为20万m3/h，使吐丝温度至相变温度585℃的冷速控制在8.4℃/s，避免组织中析出先共析渗碳体，第二段相变温度585℃时进入保温罩，相变温度至集卷温度452℃冷却段对应的保温罩全部关闭，风机开启度为0％，长材表面冷速为1.2℃/s，确保FeO层中析出颗粒状共析Fe3O4，增加氧化物层的整体强度；
(3)获得的表面氧化物质量分数为0.54％，Fe3O4相含量为42％，长材组织索氏体率为90％，无异常组织，抗拉强度平均值为1185MPa，断面收缩率平均值为35％，用户拉拔过程氧化物呈大块状脱落，表面光洁，易挂覆拉拔润滑粉，拉拔过程顺利。
实施例2
某金属制品公司采用本发明技术制得φ12.5mm规格的SWRH82B钢绞线用热轧长材原料，目标用户采用机械法剥壳工艺，斯太尔摩法表面氧化物控制工艺为：
(1)控制精轧出口温度和精轧后水箱入口水量和水压，将吐丝温度控制在930℃，吐丝后在斯太尔摩风冷线冷却，表面氧化后获得以FeO为主且较厚的金属氧化物；
(2)第一段控制1#-4#风机开启度，开启值为100％，风量为20万m3/h，使吐丝温度至相变温度580℃的冷速控制在8.7℃/s，避免组织中析出先共析渗碳体，第二段相变温度580℃时进入保温罩，相变温度至集卷温度460℃冷却段对应的保温罩全部关闭，风机开启度为0％，长材表面冷速为1.0℃/s，确保FeO层中析出颗粒状共析Fe3O4，增加氧化物层的整体强度；
(3)获得的表面氧化物质量分数为0.60％，Fe3O4相含量为45％，长材组织索氏体率为92％，无异常组织，抗拉强度平均值为1188MPa，断面收缩率平均值为36％，用户拉拔过程氧化物呈大块状脱落，表面光洁，易挂覆拉拔润滑粉，拉拔过程顺利。
实施例3
某金属制品公司采用本发明技术制得φ12.5mm规格的SWRH82B钢绞线用热轧长材原料，目标用户采用机械法剥壳工艺，斯太尔摩法表面氧化物控制工艺为：
(1)控制精轧出口温度和精轧后水箱入口水量和水压，将吐丝温度控制在910℃，吐丝后在斯太尔摩风冷线冷却，表面氧化后获得以FeO为主且较厚的金属氧化物；
(2)第一段控制1#-4#风机开启度，开启值为100％，风量为20万m3/h，使吐丝温度至相变温度600℃的冷速控制在8.0℃/s，避免组织中析出先共析渗碳体，第二段相变温度600℃时进入保温罩，相变温度至集卷温度440℃冷却段对应的保温罩全部关闭，风机开启度为0％，长材表面冷速为1.5℃/s，确保FeO转变成颗粒状共析Fe3O4，增加氧化物层的整体强度；
(3)获得的表面氧化物质量分数为0.50％，Fe3O4相含量为41％，长材组织索氏体率为93％，无异常组织，抗拉强度平均值为1189MPa，断面收缩率平均值为38％，用户拉拔过程氧化物呈大块状脱落，表面光洁，易挂覆拉拔润滑粉，拉拔过程顺利。
实施例4(反例)
某金属制品公司采用本发明技术制得φ12.5mm规格的SWRH82B钢绞线用热轧长材原料，目标用户采用机械法剥壳工艺，斯太尔摩法表面氧化物控制工艺为：
(1)控制精轧出口温度和精轧后水箱入口水量和水压，将吐丝温度控制在915℃，吐丝后在斯太尔摩风冷线冷却，表面氧化后获得以FeO为主且较厚的金属氧化物；
(2)第一段控制1#-4#风机开启度，开启值为100％，风量为20万m3/h，使吐丝温度至相变温度586℃的冷速控制在8.5℃/s，避免组织中析出先共析渗碳体，第二段相变温度586℃时进入保温罩，相变温度至集卷温度501℃冷却段对应的保温罩全部关闭，风机开启度为0％，长材表面冷速为0.8℃/s，确保FeO转变成颗粒状共析Fe3O4，增加氧化物层的整体强度；
(3)获得的表面氧化物质量分数为0.61％，Fe3O4相含量为47％，长材组织索氏体率为91％，无异常组织，抗拉强度平均值为1187MPa，断面收缩率平均值为37％，用户拉拔过程氧化物呈大块状脱落，但表面残留发蓝Fe3O4铁皮，不易挂覆拉拔润滑粉，拉拔过程模具损耗大。
实施例5
某金属制品公司采用本发明技术制得φ12.5mm规格的SWRH82B钢绞线用热轧长材原料，目标用户采用酸洗法剥壳工艺，斯太尔摩法表面氧化物控制工艺为：
(1)控制精轧出口温度和精轧后水箱入口水量和水压，将吐丝温度控制在840℃，吐丝后在斯太尔摩风冷线冷却，表面氧化后获得以FeO为主且较薄的金属氧化物；
(2)第一段控制1#-4#风机开启度，开启值为100％，风量为20万m3/h，吐丝温度至相变温度的冷速控制在8.5℃/s，避免组织中析出先共析渗碳体，第二段相变温度590℃至集卷温度358℃冷却段对应的保温罩全部打开，风机开启度为0％，长材表面冷速为2.6℃/s，避免长材表面过度氧化增厚氧化层，避免颗粒状共析Fe3O4的析出使用户酸耗增大，使氧化物层中FeO比例提高且整体较薄；
(3)获得的表面氧化物质量分数控制在0.43％，FeO相含量68％，长材组织索氏体率为88％，无异常组织，抗拉强度平均值为1178MPa，断面收缩率平均值为38％，用户酸洗后表面光洁，磷化、硼化后表面润滑模均匀，拉拔过程顺利。
实施例6
某金属制品公司采用本发明技术制得φ8.0mm规格的SWRH82B制丝用热轧长材原料，目标用户为酸洗法剥壳工艺，斯太尔摩法表面氧化物控制工艺为：
(1)控制精轧出口温度和精轧后水箱入口水量和水压，将吐丝温度控制在845℃，吐丝后在斯太尔摩风冷线冷却，表面氧化后获得以FeO为主且较薄的金属氧化物；
(2)第一段控制1#-4#风机开启度，开启值为100％，风量为20万m3/h，吐丝温度至相变温度588℃的冷速控制在8.5℃/s，避免组织中析出先共析渗碳体，第二段相变温度588℃至集卷温度360℃冷却段对应的保温罩全部打开，风机开启度为0％，长材表面冷速为2.2℃/s，避免长材表面过度氧化增厚氧化层，避免颗粒状共析Fe3O4的析出使用户酸耗增大，使氧化物层中FeO比例提高且整体较薄；
(3)获得的表面氧化物质量分数控制在0.46％，FeO相含量65％，长材组织索氏体率为92％，无异常组织，抗拉强度平均值为1201MPa，断面收缩率平均值为42％，用户拉拔过程酸洗后表面光洁，磷化、硼化后表面润滑模均匀，拉拔过程顺利。
实施例7
某金属制品公司采用本发明技术制得φ12.5mm规格的SWRH82B制丝用热轧长材原料，目标用户为酸洗法剥壳工艺，斯太尔摩法表面氧化物控制工艺为：
(1)控制精轧出口温度和精轧后水箱入口水量和水压，将吐丝温度控制在830℃，吐丝后在斯太尔摩风冷线冷却，表面氧化后获得以FeO为主且较薄的金属氧化物；
(2)第一段控制1#-4#风机开启度，开启值为100％，风量为20万m3/h，吐丝温度至相变温度600℃的冷速控制在8.3℃/s，避免组织中析出先共析渗碳体，第二段相变温度600℃至集卷温度340℃冷却段对应的保温罩全部打开，风机开启度为0％，长材表面冷速为3.0℃/s，避免长材表面过度氧化增厚氧化层，避免颗粒状共析Fe3O4的析出使用户酸耗增大，使氧化物层中FeO比例提高且整体较薄；
(3)获得的表面氧化物质量分数控制在0.40％，FeO相含量66％，长材组织索氏体率为94％，无异常组织，抗拉强度平均值为1204MPa，断面收缩率平均值为40％，用户拉拔过程酸洗后表面光洁，磷化、硼化后表面润滑模均匀，拉拔过程顺利。
实施例8
某金属制品公司采用本发明技术制得φ12.5mm规格的SWRH82B制丝用热轧长材原料，目标用户为酸洗法剥壳工艺，斯太尔摩法表面氧化物控制工艺为：
(1)控制精轧出口温度和精轧后水箱入口水量和水压，将吐丝温度控制在850℃，吐丝后在斯太尔摩风冷线冷却，表面氧化后获得以FeO为主且较薄的金属氧化物；
(2)第一段控制1#-4#风机开启度，开启值为100％，风量为20万m3/h，吐丝温度至相变温度580℃的冷速控制在8.5℃/s，避免组织中析出先共析渗碳体，第二段相变温度580℃至集卷温度360℃冷却段对应的保温罩全部打开，风机开启度为0％，长材表面冷速为2.0℃/s，避免长材表面过度氧化增厚氧化层，避免颗粒状共析Fe3O4的析出使用户酸耗增大，使氧化物层中FeO比例提高且整体较薄；
(3)获得的表面氧化物质量分数控制在0.50％，FeO相含量61％，长材组织索氏体率为97％，无异常组织，抗拉强度平均值为1192MPa，断面收缩率平均值为41％，用户拉拔过程酸洗后表面光洁，磷化、硼化后表面润滑模均匀，拉拔过程顺利。
应理解的是虽然这样的方法等的步骤描述为按照一定的顺序排列发生，但这样的方法可以采用以这里描述的顺序之外的顺序完成的描述的步骤实施操作。进一步应该理解的是，某些步骤可以同时执行，可以添加其他步骤，或者可以省略这里所述的某些步骤。换言之，这里的方法的描述提供用于说明某些实施例的目的，并且不应该以任何方式解释为限制要求保护的发明。
上述实施例，特别是任何“优选”实施例是实施方式的可能示例，并且仅仅为了清楚理解本发明的原理而提出。在基本上不脱离本文描述的技术的精神和原理的情况下，可以对上述实施例做出许多变化和修改。所有修改旨在被包括在本公开的范围内。
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