分享：气保焊丝用热轧盘条ER50-6E-ZJ拉拔断丝分析
气保焊丝用热轧盘条ER50-6E-ZJ具有较低的强度和较高的塑性、韧性以及良好的拉拔性能。其优良的综合性能主要是基于钢的合理化学成分设计和轧制过程控轧控冷工艺得以实现。实际生产工艺为转炉→精炼→连铸→控扎控冷。焊丝后期加工过程为剥壳—酸洗—水洗—硼化—烘干—粗拉—细拉—镀铜—分卷—包装。本钢生产规格为6.5 mm气保焊丝用热轧盘条ER50-6E-ZJ细拉至1.8 mm时出现拉拔断裂。
1. 母材检验及分析
1.1 化学成分分析
本研究断丝断口为杯锥状形貌，如图1所示。
选取2个断丝母材试样，其化学成分见表1，满足内控标准要求。后续拉拔、焊接等仅使用化学成分符合内控标准的盘条进行加工。冶炼过程进行脱硫预处理，转炉终点C质量分数控制在0.05%以内，合金化采用低碳锰铁和低钙硅铁，不采用钙处理，氩站吹氩时间保证5 min以上，保证合金化后的温度和成分的均匀性。精炼软吹时间在12 min以上，且低钙硅铁在精炼过程加入。连铸过程采用恒拉速，过热度控制在35 ℃以内，保证钢坯的成分控制及钢坯质量。
1.2 显微组织及夹杂物
取断丝母材试样横截面和纵截面做显微组织检验和非金属夹杂物检测。显微组织试样采用体积分数4%硝酸酒精腐蚀。试样显微组织主要为铁素体+珠光体，晶粒度7.5~8.0级，见图2(b)、3(b)；带状组织3.0级，见图2(c)、图3(c)。试样非金属夹杂物主要是D类球状氧化物和Ds类大颗粒球状氧化物，均为1.0级。且试样面弥散分布A类硫化物夹杂物，见图2(a)、图3(a)。
低碳低合金焊丝钢盘条一般用于拉拔加工，为保证拉拔效果，需要保证盘条较低的抗拉强度和通条稳定性，这需要通过合理的显微组织来实现。此产品理想组织为铁素体和少量珠光体，无不良显微组织，晶粒均匀[1]。实现理想显微组织构成主要通过控制其化学成分偏析及控轧控冷工艺。化学成分主要控制C、Si、Mn，降低其偏析指数，保证显微组织的均匀性。控轧控冷工艺主要是采用较低的精轧温度和吐丝温度，结合吐丝后快速冷却，缩短相变孕育期，快速进入相变区；相变过程采用缓冷，所有风机关闭、保温罩全关，风冷辊道速度保证盘条在出保温罩前相变结束[2]。较低吐丝温度，可以抑制ER50-6E-ZJ盘条原始奥氏体晶粒长大，使盘条冷却时奥氏体开始析出游离铁素体的温度升高，由此减小因为C偏析所致的贫Ｃ和富Ｃ区的相变温度的差异，从而降低各区域的先共析铁素体析出不同时性，抑制不良组织如带状组织的形成。实际生产开轧温度设定在1010±20 ℃，入精轧温度880±30 ℃，吐丝温度880~910 ℃。
断丝对应盘条母材性能结果见表2。出厂母材性能满足标准要求。气保焊丝用热轧盘条ER50-6E-ZJ主要用于焊接普碳及低合金钢板。气保焊丝用热轧盘条ER50-6E-ZJ与焊接母材的性能要求相匹配，保证后续焊缝及熔敷金属性能。
对2个断丝试样纵向做显微组织和夹杂物检验。如图4，显微组织均为纤维状组织，显微组织主要为铁素体+珠光体和被拉断宽窄不一的带状组。夹杂物弥散在试样表面（未达到评级标准），如图5所示。
断丝对应盘条母材及断丝试样均有带状组织存在。分析实际轧制温度对应ER50-6E-ZJ连续冷却转变C曲线（见图6）可看出，最佳的吐丝温度约800 ℃，而实际吐丝温度880~910 ℃相对较高。吐丝温度过高，奥氏体晶粒粗大，同时高温促进了C元素从先共析铁素体析出区域向周边扩散，铁素体–珠光体不均匀交替带变宽，带状严重。此外，枝晶偏析是带状组织形成的另外一种原因[3]。主要是由于合金元素的偏析和C元素的扩散，沿着轧制方向形成了近似平行的C元素富集带和贫化带。贫C区先共析铁素体析出温度较高形成了铁素体带，C元素被排出到未相变的奥氏体中形成富C区，富C区相变为珠光体组织，最终形成典型的铁素体–珠光体带状组织。后续对钢坯进行成分偏析检测和判定。
取断丝试样进行断口低倍形貌分析。如图7，断口宏观形貌为杯锥状，断裂源处为解理面的脆性断口，沿着断口向四周扩展，扩展处均为韧窝特征，且韧窝尺寸大小不一。对断丝试样3和4断口处进行能谱分析（图8）。根据能谱分析结果（表3）可看出，断口处合金元素Si和Mn元素质量分数较高。
连铸时，受浇铸温度、铸坯冷速等因素的影响，钢中合金元素结晶过程不均匀，在合金凝固界面处的溶质再分布形成宏观偏析。偏析程度受到溶质浓度差异和固液相对运动的影响。成分偏析影响连铸坯的质量并对盘条后续相变产生作用，对ER50-6E-ZJ铸坯进行化学成分偏析检测。铸坯的偏析程度可采用偏析指数表示。
式中，I为某元素偏析指数，为取样点化学成分测定值，为化学成分测定结果的加权平均值。取样位置示意图见图9。
测定和计算ER50-6E-ZJ中易偏析元素Si、Mn、P和S的偏析指数（图10）。通过实验结果分析得出：取样点偏析程度结果为5点＞2点＞4点＞3点＞点1。且偏析程度测试结果P>S>Mn>Si。在ER50-6E-ZJ钢中，Mn、P等元素在冶炼后在连铸坯中偏析部位不同，Mn元素使珠光体的析出温度降低，P元素则促进铁素体在高温下析出，导致不同偏析部位形成的显微组织也不同。在轧制时连铸坯中的粗大枝晶沿轧向被拉长并逐渐与轧制方向一致，易使得贫C区和富C区形成铁素体和珠光体带。
盘条ER50-6E-ZJ其化学成分偏析和较高的吐丝温度容易导致盘条产生带状组织。因为带状组织的存在，气保焊丝用盘条ER50-6E-ZJ在实际拉拔变形后期，宽带处珠光体的应变硬化率远远高于铁素体基体珠光体条带，因为变形不能同步，极易导致在局部产生裂纹，最终导致盘条在拉拔过程中断裂。
（1）盘条ER50-6E-ZJ化学成分偏析是盘条带状组织形成的主要因素，导致后续拉拔断丝。控制化学成分偏析主要通过采用“低拉碳”操作：开机炉和换包炉次终点控制w(C)≤0.04%，连浇炉次终点w(C)≤0.05%，终点温度≥1650 ℃；终点氧体积分数控制0.06%~0.09%，目标一次倒炉，严格控制点吹率。转炉出钢过程中使用锰铁进行初步调锰，精炼进站时加入低钙硅铁经过充分的软吹氩搅拌，软吹时间≥12 min，通电过程中对硅锰进行微调，保证合金含量稳定在要求范围内；维护好转炉炉型避免出现反应“死区”；保证钢包底吹效果，合理控制吹氩气量和吹氩时间提高钢水均匀性；连铸全保护浇注，中包低过热度浇注控制在≤35 ℃，中包满包浇注，稳定拉速控制在2.4 m/min，合理控制二冷水强度，比水量0段和3段设定为1.0，1段和2段设定1.2，优化铸坯的组织结构[4]。
（2）较高的吐丝温度是导致盘条ER50-6E-ZJ产生较宽带状组织的主要因素。通过降低吐丝温度，吐丝后快冷的方式控制带状组织形成，吐丝温度由880~910 ℃调整至780~800 ℃避免了带状组织的形成。
文章来源——金属世界
1.3 性能检测结果及分析
2. 拉拔断丝试样检验及分析
2.1 显微组织及非金属夹杂物
2.2 断口检验分析
2.3 钢坯化学成分偏析分析
3. 结束语
浙公网安备 33042402000106号
