ER70S—6氣保焊絲鋼的拉拔性能研究

王旭 劉立國 柳志堅

【摘 要】介紹了抗拉強(qiáng)度對ER70S-6焊絲鋼拉拔性能的影響，采用數(shù)理統(tǒng)計的方法分析出日鋼焊絲鋼盤條在抗拉強(qiáng)度上存在的問題，通過優(yōu)化開軋溫度、吐絲溫度和冷卻速度來降低盤條的抗拉強(qiáng)度，提高產(chǎn)品拉拔性能。

【關(guān)鍵詞】焊絲鋼；拉拔性能；抗拉強(qiáng)度

1、前言

ER70S-6屬于鍍銅低合金鋼氣體保護(hù)焊絲，采用CO2或富氬作保護(hù)氣體進(jìn)行施焊，具有焊接效率高、焊接成本低和焊縫質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)[1]， 該牌號焊絲廣泛應(yīng)用于橋梁、鍋爐、船舶、車輛制造以及各類工程機(jī)械行業(yè)， 是國外常用的氣體保護(hù)焊絲品種，按照美國焊接協(xié)會AWS A5.18要求控制化學(xué)成分。

近年來隨著焊絲拉拔設(shè)備的不斷改進(jìn)和焊接質(zhì)量要求的大幅提高，用戶對ER70S-6氣保焊絲鋼盤條的需求量呈逐年上升趨勢，同時對該產(chǎn)品的拉拔性能提出了更為嚴(yán)格的要求，部分焊絲拉拔企業(yè)更是對該牌號盤條的抗拉強(qiáng)度提出了明確的控制范圍。為了獲得良好的拉拔性能，需要精細(xì)控制冶煉、連鑄、軋制和冷卻等工藝過程，才能得到化學(xué)成分均勻、 組織狀態(tài)良好、 表面質(zhì)量優(yōu)良、通條性能穩(wěn)定的盤條[2]。

2、化學(xué)成分控制

焊絲拉拔企業(yè)要求不經(jīng)過熱處理直接由Φ 5.5 mm規(guī)格的ER70S-6盤條拉拔成0.8 mm～2.2mm規(guī)格的焊絲，這就需要母材既能保證較低的抗拉強(qiáng)度、較高的韌性又能保證力學(xué)性能和焊縫質(zhì)量，且成品在焊接時不產(chǎn)生飛濺、氣泡，因此對該鋼種的化學(xué)成分有嚴(yán)格的要求。由于盤條的化學(xué)成分對盤條的力學(xué)性能和金相組織有不同程度的影響，鋼坯中碳、硅和錳含量越高，經(jīng)熱軋后的抗拉強(qiáng)度就越高，伸長率就越低，且容易產(chǎn)生不易拉拔的淬火組織。為此，在滿足國標(biāo)化學(xué)成分的基礎(chǔ)上，日鋼對影響力學(xué)性能的主要元素含量進(jìn)行了內(nèi)控，從而為確保ER70S-6盤條的拉拔性能和焊接性能奠定了良好的基礎(chǔ)。成分設(shè)計如表1所示。

3、力學(xué)性能分析

ER70S-6焊絲鋼的力學(xué)性能是影響其拉拔性能的重要原因之一，由焊絲拉拔企業(yè)反饋的信息得知，焊絲的抗拉強(qiáng)度低于500MPa，拉拔性能良好，但由于焊絲強(qiáng)度偏低，在自動焊接時會出現(xiàn)送絲不暢的情況，不利于焊接；焊絲的抗拉強(qiáng)度高于550MPa時，拉拔模具損耗大且容易發(fā)生拉拔斷裂。經(jīng)過分析山東、常州、上海等地重點(diǎn)焊絲拉拔企業(yè)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)得知，ER70S-6盤條的抗拉強(qiáng)度在500-530MPa范圍時，拉拔性能良好。

對日鋼6月份生產(chǎn)的247爐ER70S-6-RG盤條進(jìn)行力學(xué)性能統(tǒng)計分析，盤條頭部、尾部抗拉強(qiáng)度的過程能力如圖1、圖2所示。

根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果，盤條頭部抗拉強(qiáng)度的過程能力指數(shù)CPK為1.22，盤條尾部抗拉強(qiáng)度的過程能力指數(shù)CPK為1.27，均屬于B及標(biāo)準(zhǔn)（1.33>CPK≥1.0），狀態(tài)一般，應(yīng)采取相關(guān)制程措施將其提升為A級（1.67>CPK≥1.33）。從圖1、圖2也可以看出，盤條頭尾抗拉強(qiáng)度集中在530-540MPa范圍的爐次比較多，實際計算結(jié)果顯示頭部抗拉強(qiáng)度在500-530MPa占50%，尾部在500-530MPa占49%，頭部抗拉強(qiáng)度在531-540MPa占40%，尾部在531-540MPa占43%。為提高日鋼ER70S-6-RG盤條的整體拉拔性能，需要對現(xiàn)有生產(chǎn)工藝進(jìn)行優(yōu)化，使抗拉強(qiáng)度在500-530MPa的比例由目前的50%左右提高至90%以上。

4、生產(chǎn)工藝分析及優(yōu)化

4.1 主要工藝流程

ER70S-6焊絲鋼盤條生產(chǎn)工藝：鐵水→混鐵爐→轉(zhuǎn)爐→LF爐→連鑄→鋼坯加熱→控軋控冷→斯太爾摩線冷卻→成品檢驗→出廠 。

ER70S-6焊絲生產(chǎn)工藝流程：熱軋盤條→機(jī)械剝殼→在線酸洗→水洗→硼化處理→粗拉→精拉→表面處理→鍍銅→拋光→檢驗→包裝。

4.2 化學(xué)成分分析

ER70S-6焊絲鋼各化學(xué)元素中對抗拉強(qiáng)度影響最為顯著的是C、Si、Mn的含量，下圖對6月份生產(chǎn)的247爐ER70S-6-RG盤條進(jìn)行C、Si、Mn過程能力分析，由圖可知，C、Si、Mn含量均在內(nèi)控范圍以內(nèi)且按照標(biāo)準(zhǔn)下限進(jìn)行控制。經(jīng)統(tǒng)計分析，C含量0.06～0.08%占總數(shù)的95%，Si含量0.84～0.89%占總數(shù)的93%，Mn含量1.43～1.49%占總數(shù)的87%，符合低碳、低硅、低錳的要求。

4.3 控冷工藝分析及優(yōu)化

（1）開軋溫度的控制。由相變原理可知，轉(zhuǎn)變前奧氏體晶粒度對相變特性具有很大的影響，粗大的奧氏體晶粒能明顯推遲相變終了線，即使采用緩慢冷卻也有可能出現(xiàn)馬氏體組織，因此控制奧氏體晶粒的大小是ER70S-6氣保焊絲鋼質(zhì)量控制的關(guān)鍵。為有效控制奧氏體晶粒度，生產(chǎn)上一般采用低溫軋制工藝，即降低開軋溫度和終軋溫度。根據(jù)該牌號鋼種的特點(diǎn)，日鋼在生產(chǎn)ER70S-6焊絲鋼時將均熱段溫度由之前的1100-1180℃修改為1050-1120℃，為進(jìn)一步降低該牌號的抗拉強(qiáng)度，在實際生產(chǎn)中均熱段溫度應(yīng)該按照1050-1090℃進(jìn)行控制，從而使開軋溫度控制在1000-1050℃，同時合理設(shè)定軋機(jī)間水箱水量來控制終軋溫度，避免奧氏體晶粒粗大而產(chǎn)生貝氏體組織。

（2）吐絲溫度的控制。ER70S-6盤條的金相組織主要為鐵素體+珠光體組織，由于鋼中錳、硅的含量較高，使其“CCT”轉(zhuǎn)變曲線向右下方移動，推遲并延長了轉(zhuǎn)變時間[3]。焊絲鋼盤條的拉拔特性要求其必須具有較低的抗拉強(qiáng)度和較高的韌性，所以吐絲溫度不宜控制過低，以免造成析出鐵素體晶粒過小，珠光體片間距過小導(dǎo)致抗拉強(qiáng)度過高，拉拔性能不良。日鋼生產(chǎn)實踐表明，吐絲溫度低于900℃時盤條表面即出現(xiàn)紅銹，不僅影響外觀質(zhì)量，焊絲拉拔企業(yè)在加工時還會出現(xiàn)盤條氧化鐵皮去除不凈、拉拔絲表面發(fā)黑的情況。當(dāng)吐絲溫度高于930℃時，盤條表面氧化鐵皮易脫落產(chǎn)生二次氧化，同樣會出現(xiàn)氧化鐵皮去除不凈、影響拉拔質(zhì)量的情況。經(jīng)過反復(fù)試驗，吐絲溫度控制在9000～920℃，不僅可以得到均勻的鐵素體和珠光體組織（圖4），同時可以滿足用戶對拉拔性能的要求。現(xiàn)場生產(chǎn)時應(yīng)合理調(diào)節(jié)各冷卻水箱的水量，保證最佳吐絲溫度，穩(wěn)定盤條的力學(xué)性能，

圖4 ER70S-6盤條頭部、尾部金相組織 200 X

（3）冷卻速度的控制。為使ER70S-6細(xì)晶奧氏體轉(zhuǎn)變分解得到鐵素體和珠光體組織，在控制吐絲溫度的同時，還需對冷卻速度進(jìn)行控制，如果控制不當(dāng)，則會產(chǎn)生大量的低溫組織，不利于焊絲鋼的拉拔加工性能。實驗表明，當(dāng)冷卻速度小于1℃/s時，可得到鐵素體和珠光體組織，當(dāng)冷卻速度大于1℃/s時，組織中有少量貝氏體出現(xiàn)[4]。為保證相變區(qū)冷卻速度，風(fēng)冷輥道四個平面的速度控制在150/220/300/400mm/s，風(fēng)機(jī)全部關(guān)閉，一二三平面加蓋保溫罩。經(jīng)實際測量，ER70S-6盤條進(jìn)保溫罩溫度800-840℃（非搭接點(diǎn)）、850-880℃（搭接點(diǎn)），出保溫罩溫度400-450℃（非搭接點(diǎn)）、550-600℃（搭接點(diǎn)），冷卻速度0.96℃/s。為了讓搭接點(diǎn)處盤條在保溫罩內(nèi)完成相變，吐絲溫度按照標(biāo)準(zhǔn)下限進(jìn)行控制，同時風(fēng)冷輥道速度降低為150/180/220/350mm/s，更換保溫效果更好的保溫罩，以此來提高產(chǎn)品整體質(zhì)量、改善拉拔性能。

5、結(jié)語

（1）ER70S-6焊絲鋼盤條抗拉強(qiáng)度超過530MPa爐次過多是影響其拉拔性能的主要原因，在化學(xué)成分滿足要求的情況下，通過優(yōu)化控冷工藝來降低盤條抗拉強(qiáng)度。

（2）降低開軋溫度，同時合理設(shè)定軋機(jī)間水箱水量來控制終軋溫度，從而避免因奧氏體晶粒粗大產(chǎn)生貝氏體組織，影響盤條拉拔性能。

（3）為避免焊絲鋼盤條不出現(xiàn)影響拉拔性能的低溫組織，生產(chǎn)中采用降低吐絲溫度和輥道速度，同時更換保溫罩等措施，確保盤條冷卻速度小于1℃/s。

參考文獻(xiàn)：

[1] 吳樹雄.金屬焊接材料手冊[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008：5-6.

[2] 張素萍，王勇.ER70S-6 盤條拉拔斷裂原因分析.河北省冶金學(xué)會軋鋼技術(shù)與學(xué)術(shù)交流會.

[3] 宋維錫.金屬學(xué)（第二版）[M] .北京：冶金工業(yè)出版社，2000.408.

[4]丁華，劉雅政，張立芬. 控冷工藝對ER70S-6鋼相變和組織的影響[J].金軋鋼，2002，19（1） ：15-17.

（作者單位：日照鋼鐵有限公司）