СПОСОБ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТИ ПРОВОЛОКИ ПЕРЕД СУХИМ ВОЛОЧЕНИЕМ Российский патент 2002 года по МПК C23C22/00 B21C9/02 

Изобретение относится к области обработки поверхности высокоуглеродистой проволоки перед сухим волочением с применением фосфатирования и может быть использовано в металлургической промышленности, а также машиностроении при производстве проволоки, калиброванного металла.

Известен способ подготовки поверхности проволоки (1), включающий активацию и фосфатирование, причем активацию осуществляют путем нагрева образцов в реакционной трубке, заполненной воздухом до температуры 400^oС в течение 60 с и вводят проволоку в фосфатирующий раствор в горячем состоянии (200-300^oС). Наиболее близким к предлагаемому является способ обработки проволоки (2), включающий активацию поверхности и фосфатирование, причем активацию поверхности ведут в газовой среде, содержащей окись и двуокись углерода в соотношении 3:(1-2) при 410-690^oС. Недостатками известных составов являются низкие антифрикционные свойства покрытия и высокий расход волочильного инструмента. Задачей настоящего изобретения является создание способа обработки поверхности проволоки, позволяющего улучшить антифрикционные свойства и повысить стойкость волочильного инструмента. Указанная задача достигается тем, что фосфатирование ведут в растворе фосфатирующего концентрата следующего состава, г/л:
Ионы Zn⁺² - 8,0-30,0
Фосфорный ангидрид P₂O₅ - 5,0-25,0
Ионы NO₃ ^- - 10,0-45,0
Ионы Ni⁺² - 0,01-2,0
Ионы F^- - 0,1-2,0
1-Гидроксиэтилидендифосфоновая кислота - 0,01-1,0
Гидроксиламинсульфат - 0,1-8,0
Лимонная кислота - 0,01-3,0
Вода - Остальное
погружением изделий в фосфатирующий раствор при температуре 70-95^oС в течение 5-20 минут, либо протягиванием проволоки через фосфатирующий раствор при температуре 70-95^oС в течение 10-40 с;
затем наносят сухую волочильную смазку следующего состава, мас.%:
Сода кальцинированная Na₂CO₃ - 5,0-20,0
Натрия нитрит NaNO₂ - 0,5-7,0
Натрия сульфат Na₂SO₄ - 5,0-20,0
Бура Na₂В₄O₇•10Н₂O - 0,1-5,0
Магнезия (активная) MgO - 1,0-5,0
Нитрид бора BN - 0,05-3,0
Стеариновая кислота C₁₇H₃₅COOH - Остальное
Изобретение иллюстрируется следующими примерами. Раствор для фосфатирования готовили путем разбавления до концентрации 130-200 г/л исходного фосфатирующего концентрата, имеющего следующий состав, мас.%:
Ионы Zn⁺² - 10,0-13,0
Фосфорный ангидрид P₂O₅ - 6,0-11,0
Ионы NО₃ ^- - 15,0-21,0
Ионы никеля Ni⁺² - 0,1-0,5
Ионы фтора F^- - 0,1-0,8
1-Гидроксиэтилидендифосфоновая кислота - 0,05-0,4
Гидроксиламинсульфат - 1,0-5,0
Лимонная кислота - 0,3-1,0
Вода - Остальное
Корректирование раствора осуществляли корректирующим концентратом следующего состава, мас.%:
Ионы цинка Zn⁺² - 9,0-12,0
Фосфорный ангидрид Р₂О₅ - 20,0-28,0
Ионы NО₃ ^- - 11,0-15,0
Ионы никеля Ni⁺² - 0,1-0,5
Ионы фтора F^- - 0,1-0,8
1-Гидроксиэтилидендифосфоновая кислота - 0,05-0,4
Гидроксиламинсульфат - 1,0-10,0
Лимонная кислота - 0,3-1,0
Вода - Остальное
В раствор для фосфатирования перед началом работы вводили нитрит натрия в количестве 0,3-0,4 г/л для выведения ионов Fe⁺² из раствора.

Во всех примерах (по вышезаявленному способу и по прототипу) процессу волочения подвергались образцы высокоуглеродистой проволоки из стали марки 70, диаметром 2,0 мм, предварительно обработанные в фосфатирующем растворе с последующим нанесением сухой волочильной смазки. Антифрикционные свойства оценивали по усилиям волочения, которые определялись при протягивании образцов проволоки на разрывной машине марки Р-0,5 (ГОСТ 7855-74), моделирующей процесс волочения проволоки.

Скорость протягивания составляла 30 см/мин.

Единичное обжатие на волоку 24,5%.

Маршрут волочения 2,0-1,8 мм.

Расход волок при волочении с заявляемой волочильной смазкой фосфатированной проволоки из стали марки 70, диаметром 2,0 мм определяли на стане сухого волочения. Скорость волочения 300-520 м/мин., единичное обжатие 25%, суммарное обжатие 87%. Маршрут волочения 2,0-1,83-1,65-1,34-1,16-1,01-0,9.

Пример 1.

Проволока из стали марки 70 диаметром 2,0 мм обработана по следующей схеме:
1. Термообработка.

2. Травление в растворе серной кислоты.

3. Промывка.

4. Фосфатирование в растворе следующего состава, г/л:
Ионы Zn⁺² - 8,0
Фосфорный ангидрид P₂O₅ - 5,0
Ионы NO₃ ^- - 10,0
Ионы Ni⁺² - 0,01
Ионы F^- - 0,1
1-Гидроксиэтилидендифосфоновая кислота - 0,05
Гидроксиламинсульфат - 0,1
Лимонная кислота - 0,01
Вода - Остальное
погружением проволоки в фосфатирующий раствор при температуре 70^oС в течение 5 минут.

5. Промывка.

6.Бурирование.

7. Сушка.

8. Нанесение сухой волочильной смазки следующего состава, мас.%:
Сода кальцинированная Nа₂СО₃ - 5,0
Натрия нитрит NaNO₂ - 0,5
Натрия сульфат Na₂SO₄ - 5,0
Бура Na₂B₄O₇•10H₂O - 0,1
Магнезия (активная) MgO - 1,0
Нитрид бора BN - 0,05
Стеариновая кислота C₁₇H₃₅COOH - Остальное
Обработанную проволоку подвергли вытяжке с диаметра 2,0 мм на диаметр 1,8 мм.

Усилие протяжки (среднее значение из 20 определений) составило 0,35 кН.

Процесс волочения проходил стабильно, дымления и скрипа не наблюдалось.

Расход волок при волочении проволоки диаметром 2,0 мм до диаметра 0,9 мм на стане среднего волочения составил 0,17 шт./т.

Пример 1а.

Проволока из стали марки 70 диаметром 2,0 мм обработана по следующей схеме:
1. Термообработка.

2. Травление в растворе серной кислоты.

3. Промывка.

4. Фосфатирование в растворе фосфатирующего концентрата следующего состава, г/л:
Ионы Zn⁺² - 8,0
Фосфорный ангидрид P₂O₅ - 5,0
Ионы NО₃ ^- - 10,0
Ионы Ni⁺² - 0,01
Ионы F^- - 0,1
1-Гидроксиэтилидендифосфоновая кислота - 0,05
Гидроксиламинсульфат - 0,1
Лимонная кислота - 0,01
Вода - Остальное
протягиванием проволоки через фосфатирующий раствор при температуре 70^oС в течение 10 секунд.

5. Промывка.

6. Бурирование.

7. Сушка.

8. Нанесение сухой волочильной смазки следующего состава, мас.%:
Сода кальцинированная Nа₂СО₃ - 5,0
Натрия нитрит NaNO₂ - 0,5
Натрия сульфат Na₂SO₂ - 5,0
Бура Na₂B₄O₇•10H₂O - 0,1
Магнезия (активная) MgO - 1,0
Нитрид бора BN - 0,05
Стеариновая кислота С₁₇Н₃₅СООН - Остальное
Обработанную проволоку подвергли вытяжке с диаметра 2,0 мм на диаметр 1,8 мм.

Усилие протяжки (среднее значение из 20 определений) составило 0,3 7 кН.

Процесс волочения проходил стабильно, дымления и скрипа не наблюдалось. Расход волок при волочении проволоки диаметром 2,0 мм до диаметра 0,9 мм на стане среднего волочения составил 0,18 шт./т.

Пример 2.

Проволока из стали марки 70 диаметром 2,0 мм обработана по следующей схеме:
1. Термообработка.

2. Травление в растворе серной кислоты.

3. Промывка.

4. Фосфатирование в растворе фосфатирующего концентрата следующего состава, г/л:
Ионы Zn⁺² - 20,4
Фосфорный ангидрид P₂O₅ - 14,5
Ионы NО₃ ^- - 31,0
Ионы Ni⁺² - 0,085
Ионы F^- - 1,0
1-Гидроксиэтилидендифосфоновая кислота - 0,3
Гидроксиламинсульфат - 4,0
Лимонная кислота - 0,85
Вода - Остальное
погружением изделий в фосфатирующий раствор при температуре 85^oС в течение 15 минут
5. Промывка.

6. Бурирование.

7. Сушка.

8. Нанесение сухой волочильной смазки следующего состава, мас.%:
Сода кальцинированная Na₂CO₃ - 14,8
Натрия нитрит NaNO₂ - 1,87
Натрия сульфат Na₂SO₄ - 14,8
Бура Na₂B₄O₇•10H₂O - 0,7
Магнезия жженая (активная) MgO - 2,57
Нитрид бора BN - 0,35
Стеариновая кислота С₁₇Н₃₅СООН - Остальное
Обработанную проволоку подвергли вытяжке с диаметра 2,0 мм на диаметр 1,8 мм.

Усилие протяжки (среднее значение из 20 определений) составило 0,32 кН.

Процесс волочения проходил стабильно, дымления и скрипа не наблюдалось.

Расход волок при волочении проволоки диаметром 2,0 мм до диаметра 0,9 мм на стане среднего волочения составил 0,14 шт./тн. Остаточное покрытие остеклованное, гладкое, сплошное, без рисок и задиров.

Пример 2а.

Проволока обработана по схеме, приведенной в примере 2, но фосфатирование осуществлялось в растворе с составом, приведенным в примере 2, протягиванием при температуре 92^oС в течение 17 секунд.

Усилие протяжки (среднее значение из 20 определений) составило 0,34 кН. Процесс волочения проходил стабильно, дымления и скрипа не наблюдалось. Расход волок при волочении проволоки диаметром 2,0 мм до диаметра 0,9 мм на стане среднего волочения составил 0,12 шт./т. Остаточное покрытие остеклованное, гладкое, сплошное, без рисок и задиров.

Пример 3.

Проволока из стали марки 70 диаметром 2,0 мм обработана по следующей схеме:
1. Термообработка.

2. Травление в растворе серной кислоты.

3. Промывка.

4. Фосфатирование в растворе фосфатирующего концентрата следующего состава, г/л:
Ионы Zn⁺² - 30,0
Фосфорный ангидрид P₂O₅ - 25,0
Ионы NO₃ ^- - 45,0
Ионы Ni⁺² - 2,0
Ионы F^- - 2,0
1-Гидроксиэтилидендифосфоновая кислота - 1,0
Гидроксиламинсульфат - 8,0
Лимонная кислота - 3,0
Вода - Остальное
погружением изделий в фосфатирующий раствор при температуре 95^oС в течение 20 минут.

5. Промывка.

6. Бурирование.

7. Сушка.

8. Нанесение сухой волочильной смазки следующего состава, мас.%:
Сода кальцинированная Nа₂СО₃ - 20,0
Натрия нитрит NaNO₂ - 7,0
Натрия сульфат Nа₂SO₄ - 20,0
Бура Nа₂В₄0₇•10Н₂О - 5,0
Магнезия (активная) MgO - 5,0
Нитрид бора BN - 3,0
Стеариновая кислота С₁₇Н₃₅СООН - Остальное
Обработанную проволоку подвергли вытяжке с диаметра 2,0 мм на диаметр 1,8 мм.

Усилие протяжки (среднее значение из 20 определений) составило 0,42 кН.

Процесс волочения проходил стабильно, дымления и скрипа не наблюдалось.

Расход волок при волочении проволоки диаметром 2,0 мм до диаметра 0,9 мм на стане среднего волочения составил 0,16 шт./т.

Пример 3а.

Проволока обработана по схеме, приведенной в примере 3, но фосфатирование проводится протягиванием при температуре 95^oС в течение 40 секунд.

Усилие протяжки (среднее значение из 20 определений) составило 0,39 кН.

Процесс волочения проходил стабильно, дымления и скрипа не наблюдалось.

Расход волок при волочении проволоки диаметром 2,0 мм до диаметра 0,9 мм на стане среднего волочения составил 0,18 шт./т.

Пример 4 (по прототипу).

Проволоку из стали 70 диаметром 2,0 мм обработали по следующей схеме:
1. Активация в муфельной печи при температуре 480^oС.

Образец проволоки помещают в кварцевую трубку, наполненную газовой смесью следующего состава: 13% СО, 6,5% СО₂, остальное азот, после нагрева ее до требуемой температуры.

Образец выдерживали в течение 60 секунд, затем охлаждали и на холоду продували инертным газом.

2. Фосфатирование в растворе фосфатирующего концентрата КФЭ-1, взятого в концентрации 150 г/л протягиванием при температуре 90^oС в течение 30 секунд.

Обработанную проволоку подвергли вытяжке с сухой волочильной смазкой на основе хозяйственного мыла с диаметра 2,0 мм на диаметр 1,8 мм.

При волочении наблюдалось дымление и скрип.

Усилие протяжки составило 0,85 кН.

Расход волок при волочении проволоки диаметром 2,0 мм до диаметра 0,9 мм на стане среднего волочения с сухой волочильной смазкой на основе хозяйственного мыла составил 0,32 шт./т.

Предлагаемый способ подготовки поверхности позволяет:
1) провести подготовку поверхности катанки из высокоуглеродистой стали марок 55-80 перед операциями волочения на станах многократного волочения (в частности, станах девятикратного волочения) и получить проволоку высокого качества диаметром 1,8-2,6 мм с остаточным фосфатом 3,0-5,0 г/м², уменьшив при этом расход волочильного инструмента;
2) провести подготовку поверхности высокоуглеродистой проволоки перед сухим волочением на станах среднего волочения и получить качественную проволоку диаметром 0,8-1,0 мм с остаточным фосфатом 1,8-2,8 г/м² при значительном уменьшении расхода волочильного инструмента.

Литература
1. Патент Франции 1597725 от 7 августа 1970 г.

2. Авторское свидетельство 1361196 от 08.01.1985 г.

Изобретение относится к области обработки поверхности высокоуглеродистой проволоки перед сухим волочением с применением фосфатирования и может быть использовано в металлургической промышленности, а также машиностроении при производстве проволоки, калиброванного металла. Фосфатирование ведут в растворе фосфатирующего концентрата следующего состава, г/л: ионы Zn⁺² 8,0-30,0, фосфорный ангидрид Р₂О₅ 5,0-25,0, ионы NO₃ ^- 10,0-45,0, ионы Ni⁺² 0,01-2,0, ионы F^- 0,1-2,0, 1-гидроксиэтилидендифосфоновая кислота 0,01-1,0, гидроксиламинсульфат 0,1-8,0, лимонная кислота 0,01-3,0, вода остальное, погружением изделий в фосфатирующий раствор при температуре 70-95^oС в течение 5-20 минут, либо протягиванием проволоки через фосфатирующий раствор при температуре 70-95^oС в течение 10-40 с, а затем наносят сухую волочильную смазку следующего состава, мас.%: сода кальцинированная Na₂СО₃ 5,0-20,0, натрия нитрит NaNO₂ 0,5-7,0, натрия сульфат Na₂SO₄ 5,0-20,0, бура Na₂В₄О₇•10Н₂О 0,1-5,0, магнезия (активная) MgO 1,0-5,0, нитрид бора BN 0,05-3,0, стеариновая кислота С₁₇Н₃₅СООН остальное. Предлагаемый способ подготовки поверхности позволяет провести подготовку поверхности катанки из высокоуглеродистой стали марок 55-80 перед операциями волочения на станах многократного волочения и получить проволоку высокого качества диаметром 1,8-2,6 мм с остаточным фосфатом 3,0-5,0 г/м², уменьшив при этом расход волочильного инструмента; провести подготовку поверхности высокоуглеродистой проволоки перед сухим волочением на станах среднего волочения и получить качественную проволоку диаметром 0,8-1,0 мм с остаточным фосфатом 1,8-2,8 г/м² при значительном уменьшении расхода волочильного инструмента.

Способ подготовки поверхности проволоки перед сухим волочением, включающий фосфатирование, отличающийся тем, что после фосфатирования на поверхность наносят сухую волочильную смазку следующего состава, мас.%:
Сода кальцинированная Na₂СО₃ - 5,0-20,0
Натрия нитрит NaNO₂ - 0,5-7,0
Натрия сульфат Na₂SO₄ - 5,0-20,0
Бура Na₂В₄О₇х10Н₂О - 0,1-5,0
Магнезия (активная) МgO - 1,0-5,0
Нитрид бора BN - 0,05-3,0
Стеариновая кислота С₁₇Н₃₅СООН - Остальное
а фосфатирование ведут в растворе фосфатирующего концентрата следующего состава, г/л:
Ионы Zn⁺² - 8,0-30,0
Фосфорный ангидрид Р₂О₅ - 5,0-25,0
Ионы NO₃ ^- - 10,0-45,0
Ионы Ni⁺² - 0,01-2,0
Ионы F^- - 0,1-2,0
1-Гидроксиэтилидендифосфоновая кислота - 0,01-1,0
Гидроксиламинсульфат - 0,1-8,0
Лимонная кислота - 0,01-3,0
Вода - Остальное
погружением изделий в фосфатирующий раствор при температуре 70-95^oС в течение 5-20 мин, либо протягиванием проволоки через фосфатирующий раствор при температуре 70-95^oС в течение 10-40 с.