ER70S—6氣保焊絲鋼的拉拔性能研究

王旭 劉立國 柳志堅

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

【關鍵詞】焊絲鋼；拉拔性能；抗拉強度

1、前言

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

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

2、化學成分控制

焊絲拉拔企業要求不經過熱處理直接由Φ 5.5 mm規格的ER70S-6盤條拉拔成0.8 mm～2.2mm規格的焊絲，這就需要母材既能保證較低的抗拉強度、較高的韌性又能保證力學性能和焊縫質量，且成品在焊接時不產生飛濺、氣泡，因此對該鋼種的化學成分有嚴格的要求。由于盤條的化學成分對盤條的力學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，經熱軋后的抗拉強度就越高，伸長率就越低，且容易產生不易拉拔的淬火組織。為此，在滿足國標化學成分的基礎上，日鋼對影響力學性能的主要元素含量進行了內控，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。成分設計如表1所示。

3、力學性能分析

ER70S-6焊絲鋼的力學性能是影響其拉拔性能的重要原因之一，由焊絲拉拔企業反饋的信息得知，焊絲的抗拉強度低于500MPa，拉拔性能良好，但由于焊絲強度偏低，在自動焊接時會出現送絲不暢的情況，不利于焊接；焊絲的抗拉強度高于550MPa時，拉拔模具損耗大且容易發生拉拔斷裂。經過分析山東、常州、上海等地重點焊絲拉拔企業的生產數據得知，ER70S-6盤條的抗拉強度在500-530MPa范圍時，拉拔性能良好。

對日鋼6月份生產的247爐ER70S-6-RG盤條進行力學性能統計分析，盤條頭部、尾部抗拉強度的過程能力如圖1、圖2所示。

根據統計結果，盤條頭部抗拉強度的過程能力指數CPK為1.22，盤條尾部抗拉強度的過程能力指數CPK為1.27，均屬于B及標準（1.33>CPK≥1.0），狀態一般，應采取相關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，盤條頭尾抗拉強度集中在530-540MPa范圍的爐次比較多，實際計算結果顯示頭部抗拉強度在500-530MPa占50%，尾部在500-530MPa占49%，頭部抗拉強度在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，需要對現有生產工藝進行優化，使抗拉強度在500-530MPa的比例由目前的50%左右提高至90%以上。

4、生產工藝分析及優化

4.1 主要工藝流程

ER70S-6焊絲鋼盤條生產工藝：鐵水→混鐵爐→轉爐→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焊絲生產工藝流程：熱軋盤條→機械剝殼→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 化學成分分析

ER70S-6焊絲鋼各化學元素中對抗拉強度影響最為顯著的是C、Si、Mn的含量，下圖對6月份生產的247爐ER70S-6-RG盤條進行C、Si、Mn過程能力分析，由圖可知，C、Si、Mn含量均在內控范圍以內且按照標準下限進行控制。經統計分析，C含量0.06～0.08%占總數的95%，Si含量0.84～0.89%占總數的93%，Mn含量1.43～1.49%占總數的87%，符合低碳、低硅、低錳的要求。

4.3 控冷工藝分析及優化

（1）開軋溫度的控制。由相變原理可知，轉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氣保焊絲鋼質量控制的關鍵。為有效控制奧氏體晶粒度，生產上一般采用低溫軋制工藝，即降低開軋溫度和終軋溫度。根據該牌號鋼種的特點，日鋼在生產ER70S-6焊絲鋼時將均熱段溫度由之前的1100-1180℃修改為1050-1120℃，為進一步降低該牌號的抗拉強度，在實際生產中均熱段溫度應該按照1050-1090℃進行控制，從而使開軋溫度控制在1000-1050℃，同時合理設定軋機間水箱水量來控制終軋溫度，避免奧氏體晶粒粗大而產生貝氏體組織。

（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”轉變曲線向右下方移動，推遲并延長了轉變時間[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致抗拉強度過高，拉拔性能不良。日鋼生產實踐表明，吐絲溫度低于900℃時盤條表面即出現紅銹，不僅影響外觀質量，焊絲拉拔企業在加工時還會出現盤條氧化鐵皮去除不凈、拉拔絲表面發黑的情況。當吐絲溫度高于930℃時，盤條表面氧化鐵皮易脫落產生二次氧化，同樣會出現氧化鐵皮去除不凈、影響拉拔質量的情況。經過反復試驗，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。現場生產時應合理調節各冷卻水箱的水量，保證最佳吐絲溫度，穩定盤條的力學性能，

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細晶奧氏體轉變分解得到鐵素體和珠光體組織，在控制吐絲溫度的同時，還需對冷卻速度進行控制，如果控制不當，則會產生大量的低溫組織，不利于焊絲鋼的拉拔加工性能。實驗表明，當冷卻速度小于1℃/s時，可得到鐵素體和珠光體組織，當冷卻速度大于1℃/s時，組織中有少量貝氏體出現[4]。為保證相變區冷卻速度，風冷輥道四個平面的速度控制在150/220/300/400mm/s，風機全部關閉，一二三平面加蓋保溫罩。經實際測量，ER70S-6盤條進保溫罩溫度800-840℃（非搭接點）、850-880℃（搭接點），出保溫罩溫度400-450℃（非搭接點）、550-600℃（搭接點），冷卻速度0.96℃/s。為了讓搭接點處盤條在保溫罩內完成相變，吐絲溫度按照標準下限進行控制，同時風冷輥道速度降低為150/180/220/350mm/s，更換保溫效果更好的保溫罩，以此來提高產品整體質量、改善拉拔性能。

5、結語

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

（2）降低開軋溫度，同時合理設定軋機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影響拉拔性能的低溫組織，生產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：

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

[2] 張素萍，王勇.ER70S-6 盤條拉拔斷裂原因分析.河北省冶金學會軋鋼技術與學術交流會.

[3] 宋維錫.金屬學（第二版）[M] .北京：冶金工業出版社，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）