氣保焊絲用熱軋盤條ER50-6E-ZJ具有較低的強(qiáng)度和較高的塑性、韌性以及良好的拉拔性能。其優(yōu)良的綜合性能主要是基于鋼的合理化學(xué)成分設(shè)計(jì)和軋制過程控軋控冷工藝得以實(shí)現(xiàn)。實(shí)際生產(chǎn)工藝為轉(zhuǎn)爐→精煉→連鑄→控扎控冷。焊絲后期加工過程為剝殼—酸洗—水洗—硼化—烘干—粗拉—細(xì)拉—鍍銅—分卷—包裝。本鋼生產(chǎn)規(guī)格為6.5 mm氣保焊絲用熱軋盤條ER50-6E-ZJ細(xì)拉至1.8 mm時(shí)出現(xiàn)拉拔斷裂。

1.   母材檢驗(yàn)及分析

1.1   化學(xué)成分分析

本研究斷絲斷口為杯錐狀形貌，如圖1所示。

選取2個(gè)斷絲母材試樣，其化學(xué)成分見表1，滿足內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)要求。后續(xù)拉拔、焊接等僅使用化學(xué)成分符合內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)的盤條進(jìn)行加工。冶煉過程進(jìn)行脫硫預(yù)處理，轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)C質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在0.05%以內(nèi)，合金化采用低碳錳鐵和低鈣硅鐵，不采用鈣處理，氬站吹氬時(shí)間保證5 min以上，保證合金化后的溫度和成分的均勻性。精煉軟吹時(shí)間在12 min以上，且低鈣硅鐵在精煉過程加入。連鑄過程采用恒拉速，過熱度控制在35 ℃以內(nèi)，保證鋼坯的成分控制及鋼坯質(zhì)量。

1.2   顯微組織及夾雜物

取斷絲母材試樣橫截面和縱截面做顯微組織檢驗(yàn)和非金屬夾雜物檢測。顯微組織試樣采用體積分?jǐn)?shù)4%硝酸酒精腐蝕。試樣顯微組織主要為鐵素體+珠光體，晶粒度7.5~8.0級，見圖2(b)、3(b)；帶狀組織3.0級，見圖2(c)、圖3(c)。試樣非金屬夾雜物主要是D類球狀氧化物和Ds類大顆粒球狀氧化物，均為1.0級。且試樣面彌散分布A類硫化物夾雜物，見圖2(a)、圖3(a)。

低碳低合金焊絲鋼盤條一般用于拉拔加工，為保證拉拔效果，需要保證盤條較低的抗拉強(qiáng)度和通條穩(wěn)定性，這需要通過合理的顯微組織來實(shí)現(xiàn)。此產(chǎn)品理想組織為鐵素體和少量珠光體，無不良顯微組織，晶粒均勻[1]。實(shí)現(xiàn)理想顯微組織構(gòu)成主要通過控制其化學(xué)成分偏析及控軋控冷工藝?；瘜W(xué)成分主要控制C、Si、Mn，降低其偏析指數(shù)，保證顯微組織的均勻性。控軋控冷工藝主要是采用較低的精軋溫度和吐絲溫度，結(jié)合吐絲后快速冷卻，縮短相變孕育期，快速進(jìn)入相變區(qū)；相變過程采用緩冷，所有風(fēng)機(jī)關(guān)閉、保溫罩全關(guān)，風(fēng)冷輥道速度保證盤條在出保溫罩前相變結(jié)束[2]。較低吐絲溫度，可以抑制ER50-6E-ZJ盤條原始奧氏體晶粒長大，使盤條冷卻時(shí)奧氏體開始析出游離鐵素體的溫度升高，由此減小因?yàn)镃偏析所致的貧Ｃ和富Ｃ區(qū)的相變溫度的差異，從而降低各區(qū)域的先共析鐵素體析出不同時(shí)性，抑制不良組織如帶狀組織的形成。實(shí)際生產(chǎn)開軋溫度設(shè)定在1010±20 ℃，入精軋溫度880±30 ℃，吐絲溫度880~910 ℃。

1.3   性能檢測結(jié)果及分析

斷絲對應(yīng)盤條母材性能結(jié)果見表2。出廠母材性能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。氣保焊絲用熱軋盤條ER50-6E-ZJ主要用于焊接普碳及低合金鋼板。氣保焊絲用熱軋盤條ER50-6E-ZJ與焊接母材的性能要求相匹配，保證后續(xù)焊縫及熔敷金屬性能。

2.   拉拔斷絲試樣檢驗(yàn)及分析

2.1   顯微組織及非金屬夾雜物

對2個(gè)斷絲試樣縱向做顯微組織和夾雜物檢驗(yàn)。如圖4，顯微組織均為纖維狀組織，顯微組織主要為鐵素體+珠光體和被拉斷寬窄不一的帶狀組。夾雜物彌散在試樣表面（未達(dá)到評級標(biāo)準(zhǔn)），如圖5所示。

斷絲對應(yīng)盤條母材及斷絲試樣均有帶狀組織存在。分析實(shí)際軋制溫度對應(yīng)ER50-6E-ZJ連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變C曲線（見圖6）可看出，最佳的吐絲溫度約800 ℃，而實(shí)際吐絲溫度880~910 ℃相對較高。吐絲溫度過高，奧氏體晶粒粗大，同時(shí)高溫促進(jìn)了C元素從先共析鐵素體析出區(qū)域向周邊擴(kuò)散，鐵素體–珠光體不均勻交替帶變寬，帶狀嚴(yán)重。此外，枝晶偏析是帶狀組織形成的另外一種原因[3]。主要是由于合金元素的偏析和C元素的擴(kuò)散，沿著軋制方向形成了近似平行的C元素富集帶和貧化帶。貧C區(qū)先共析鐵素體析出溫度較高形成了鐵素體帶，C元素被排出到未相變的奧氏體中形成富C區(qū)，富C區(qū)相變?yōu)橹楣怏w組織，最終形成典型的鐵素體–珠光體帶狀組織。后續(xù)對鋼坯進(jìn)行成分偏析檢測和判定。

2.2   斷口檢驗(yàn)分析

取斷絲試樣進(jìn)行斷口低倍形貌分析。如圖7，斷口宏觀形貌為杯錐狀，斷裂源處為解理面的脆性斷口，沿著斷口向四周擴(kuò)展，擴(kuò)展處均為韌窩特征，且韌窩尺寸大小不一。對斷絲試樣3和4斷口處進(jìn)行能譜分析（圖8）。根據(jù)能譜分析結(jié)果（表3）可看出，斷口處合金元素Si和Mn元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高。

2.3   鋼坯化學(xué)成分偏析分析

連鑄時(shí)，受澆鑄溫度、鑄坯冷速等因素的影響，鋼中合金元素結(jié)晶過程不均勻，在合金凝固界面處的溶質(zhì)再分布形成宏觀偏析。偏析程度受到溶質(zhì)濃度差異和固液相對運(yùn)動(dòng)的影響。成分偏析影響連鑄坯的質(zhì)量并對盤條后續(xù)相變產(chǎn)生作用，對ER50-6E-ZJ鑄坯進(jìn)行化學(xué)成分偏析檢測。鑄坯的偏析程度可采用偏析指數(shù)表示。

式中，I為某元素偏析指數(shù)，${\mathrm{<span\; style="font-size:16px;">?</span>}}_{\text{<span style="font-size:16px;">t</span>}}$為取樣點(diǎn)化學(xué)成分測定值，${\stackrel{<span\; style="font-size:16px;">¯</span>}{\mathrm{<span\; style="font-size:16px;">?</span>}}}_{\text{<span style="font-size:16px;">t</span>}}$為化學(xué)成分測定結(jié)果的加權(quán)平均值。取樣位置示意圖見圖9。

測定和計(jì)算ER50-6E-ZJ中易偏析元素Si、Mn、P和S的偏析指數(shù)（圖10）。通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析得出：取樣點(diǎn)偏析程度結(jié)果為5點(diǎn)＞2點(diǎn)＞4點(diǎn)＞3點(diǎn)＞點(diǎn)1。且偏析程度測試結(jié)果P>S>Mn>Si。在ER50-6E-ZJ鋼中，Mn、P等元素在冶煉后在連鑄坯中偏析部位不同，Mn元素使珠光體的析出溫度降低，P元素則促進(jìn)鐵素體在高溫下析出，導(dǎo)致不同偏析部位形成的顯微組織也不同。在軋制時(shí)連鑄坯中的粗大枝晶沿軋向被拉長并逐漸與軋制方向一致，易使得貧C區(qū)和富C區(qū)形成鐵素體和珠光體帶。

盤條ER50-6E-ZJ其化學(xué)成分偏析和較高的吐絲溫度容易導(dǎo)致盤條產(chǎn)生帶狀組織。因?yàn)閹罱M織的存在，氣保焊絲用盤條ER50-6E-ZJ在實(shí)際拉拔變形后期，寬帶處珠光體的應(yīng)變硬化率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鐵素體基體珠光體條帶，因?yàn)樽冃尾荒芡剑瑯O易導(dǎo)致在局部產(chǎn)生裂紋，最終導(dǎo)致盤條在拉拔過程中斷裂。

3.   結(jié)束語

（1）盤條ER50-6E-ZJ化學(xué)成分偏析是盤條帶狀組織形成的主要因素，導(dǎo)致后續(xù)拉拔斷絲。控制化學(xué)成分偏析主要通過采用“低拉碳”操作：開機(jī)爐和換包爐次終點(diǎn)控制w(C)≤0.04%，連澆爐次終點(diǎn)w(C)≤0.05%，終點(diǎn)溫度≥1650 ℃；終點(diǎn)氧體積分?jǐn)?shù)控制0.06%~0.09%，目標(biāo)一次倒?fàn)t，嚴(yán)格控制點(diǎn)吹率。轉(zhuǎn)爐出鋼過程中使用錳鐵進(jìn)行初步調(diào)錳，精煉進(jìn)站時(shí)加入低鈣硅鐵經(jīng)過充分的軟吹氬攪拌，軟吹時(shí)間≥12 min，通電過程中對硅錳進(jìn)行微調(diào)，保證合金含量穩(wěn)定在要求范圍內(nèi)；維護(hù)好轉(zhuǎn)爐爐型避免出現(xiàn)反應(yīng)“死區(qū)”；保證鋼包底吹效果，合理控制吹氬氣量和吹氬時(shí)間提高鋼水均勻性；連鑄全保護(hù)澆注，中包低過熱度澆注控制在≤35 ℃，中包滿包澆注，穩(wěn)定拉速控制在2.4 m/min，合理控制二冷水強(qiáng)度，比水量0段和3段設(shè)定為1.0，1段和2段設(shè)定1.2，優(yōu)化鑄坯的組織結(jié)構(gòu)[4]。

（2）較高的吐絲溫度是導(dǎo)致盤條ER50-6E-ZJ產(chǎn)生較寬帶狀組織的主要因素。通過降低吐絲溫度，吐絲后快冷的方式控制帶狀組織形成，吐絲溫度由880~910 ℃調(diào)整至780~800 ℃避免了帶狀組織的形成。

文章來源——金屬世界