吐絲溫度對ER50-6盤條性能的影響

曹英杰，劉學森，李 探

（天津鋼鐵集團有限公司，天津300301）

0 引言

中國是世界上焊接材料第一生產大國和消費大國，隨著焊接自動化水平的不斷提高，氣體保護焊絲被廣泛應用于車輛制造、工程機械、船舶、石油化工、壓力容器等行業。CO2氣體保護焊具有高的生產效率、低耗能、低成本、應用范圍廣等特點。其主要使用ER50-6實芯焊絲，在焊接時具有良好的電弧穩定性和焊接性能[1]。

作為制作實芯焊絲用的ER50-6盤條，需經多道次大變形拉拔，整體變形量可達97.88%，即要求盤條具有良好的拉拔性能。因此對母材的力學性能及金相組織要求較為嚴格。較低的抗拉強度水平能防止拉絲變形中強度進一步增高，降低加工硬化率；同時應避免盤條中存在不宜變形的貝氏體組織及晶粒不均（混晶）等問題，防止拉拔斷裂。

1 質量問題

ER50-6盤條作為常用氣保焊絲的原料，其下游加工工藝為：酸洗→硼化→預拉拔（5.5 mm→4.8 mm）→粗拉（4.8mm→2.1 mm）→精拉（2.1 mm→0.8 mm）→鍍銅→分卷→打包→入庫[2]。

ER50-6盤條在拉拔Φ0.8 mm細絲過程中存在拉拔斷裂的現象，對試樣斷口處進行金相檢測分析。在斷裂試樣心部存在不規則V字形裂紋，該裂紋不斷擴展導致斷裂，如圖1（a）所示；縱向鐵素體及珠光體組織隨拉拔變形顯示具有強烈的流變，但之間分布著不規則的硬相組織難以變形，對正常基體變形產生阻礙作用，最終兩者結合處產生裂紋并隨變形量的逐漸增大，裂紋不斷擴展直至開裂，如圖1（b）所示，該硬相組織為貝氏體組織。

2 軋制關鍵工藝

2.1 工藝流程

150 mm×150 mm連鑄方坯→蓄熱式加熱爐→高壓水除磷→卡斷剪→粗軋機組6架→飛剪→中軋機組6架→預精軋機4架→飛剪→精軋機組10架→水箱→吐絲機→斯太爾摩風冷線控冷→集卷→P/F線運輸→精整→檢驗→打包→稱重掛牌→成品入庫。

圖1 斷口處金相組織

2.2 控冷工藝

2.2.1 吐絲溫度

吐絲溫度是控制相變開始的關鍵參數，其高低對奧氏體的穩定性和盤條的性能有重要影響。隨著吐絲溫度的逐漸降低，奧氏體晶粒長大的傾向會減小，相變過程過冷度也會減小。在同等冷卻工藝下，吐絲溫度高時相變點也相應上升，而吐絲溫度低時能獲得細而多的奧氏體晶粒，有利于相變之后的組織形態。

ER50-6硅和錳含量較高，其淬透性增加，致使CCT曲線向右下方移動，推遲并延長了組織相變時間。通過低吐絲溫度控制，將使細小的奧氏體晶粒分解轉變成較細的（鐵素體+珠光體）組織，利于避免貝氏體組織的形成。

2.2.2 斯太爾摩風冷

斯太爾摩風冷線是控制相變的重要設備，通過對輥道速度、風機開啟量、保溫蓋開閉及風門開閉等參數的控制，精準控制盤條的冷卻曲線，最終得到理想的組織性能。

由于ER50-6要求盤條具有較低的抗拉強度和良好的塑韌性，以及均勻的（鐵素體+珠光體）組織，因此ER50-6盤條在斯太爾摩風冷線上采用延遲型冷卻，使其在接近等溫條件先進行鐵素體轉變。為防止盤條在相變區間內未充分相變而落入集卷桶后快速冷卻，應采用低的輥道速度及高效的保溫手段，延長盤條在相變區間的停留時間，避免其快速冷卻或組織轉變不充分時析出貝氏體等異常組織。

2.3 動態CCT曲線

由焊絲用鋼ER50-6的動態CCT曲線[3]（如圖2所示）可知，ER50-6在相變過程中，當冷卻速度大于1℃/s時，盤條組織中會產生異常金相組織（貝氏體或馬氏體）；低于該冷速時，可獲得理想的金相組織（鐵素體+珠光體）。一般鐵素體及珠光體轉變溫度區間在800～600℃，盤條在組織轉變控制過程中應延長該溫度范圍的保溫時間，保證鐵素體及珠光體的充分轉變，實現組織轉變的有效控制。

圖2 ER50-6動態CCT曲線

3 試制方案及分析

3.1 化學成分

為研究ER50-6熱軋盤條在不同控冷工藝下對組織與性能的影響，本實驗采用坯料化學成分如表1所示。

表1 化學成分/%

3.2 試制工藝

本次試驗依據CCT曲線中鐵素體及珠光體轉變溫度，并結合斯太爾摩風冷線的實際參數情況，在同一化學成分，同等加熱及軋制工藝下，設計出3種不同吐絲溫度的控冷工藝，進行現場試制，如表2所示。

表2 控冷工藝試驗參數

3.3 組織性能檢測

3.3.1 力學性能

對3種不同控冷工藝下的盤條試樣進行取樣分析，各工藝力學性能數據如表3所示。

從表3中可以看出，工藝1抗拉強度整體偏低，但散差達40MPa，存在性能不均的現象；工藝2中抗拉強度適中，散差在15MPa內，各項力學性能良好；工藝3中抗拉強度整體偏高。隨著吐絲溫度的降低，抗拉強度逐漸增高，同時吐絲溫度較高存在盤條力學性能散差大的情況。

表3 各工藝力學性能

3.3.2 金相組織

各工藝試樣金相組織及晶粒度情況如圖3及表4所示。

圖3 各工藝金相組織

從圖3和表4可知，工藝1中金相組織晶粒度級別為8.0～8.5級，且存在貝氏體異常組織和混晶組織；工藝2中金相組織均為（鐵素體+珠光體），組織正常，晶粒度級別為 8.5～9.0級；工藝 3中金相組織均為（鐵素體+珠光體），組織正常，晶粒度級別為9.0～9.5 級。

3.4 試驗結果分析

當吐絲溫度為900℃時，晶粒為等軸鐵素體和少量的珠光體組織，晶粒比較粗大，對應的抗拉強度較低。但由于相變前時間較長，斯太爾摩風冷線保溫時間有限，導致部分奧氏體未完全相變時盤條已移出保溫蓋，冷速過快盤條心部形成貝氏體組織。同時保溫過程中盤條搭接點與非搭接點溫差逐步拉大，導致力學性能散差較大。

當吐絲溫度為850℃時，相變能夠在保溫蓋中充分進行，金相組織較均勻，晶粒度在9級左右，抗拉強度520 MPa，同時搭接點與非搭接點溫差相對較小，抗拉強度散差在15 MPa左右。

當吐絲溫度為820℃時，距鐵素體初始轉變溫度相接近，在保溫蓋中組織轉變時間較充分，獲得9.5級的細小鐵素體晶粒，但造成力學性能偏高，不利于盤條后續的拉拔。

4 結論

ER50-6盤條相變冷卻速度控制在1℃/s以內時，能夠得到理想的鐵素體和珠光體組織，避免貝氏體的產生，鐵素體及珠光體轉變溫度區間在800～600℃。

隨著吐絲溫度不斷升高，熱軋盤條的抗拉強度不斷降低，晶粒度逐漸減小，且吐絲溫度較高時抗拉強度散差大，易出現貝氏體及混晶的現象。

表4 各工藝金相組織及晶粒度

實驗結果表明，吐絲溫度為850℃時，ER50-6盤條具有均勻的鐵素體和珠光體組織，力學性能適中，盤條能夠獲得理想的組織性能。