ER50-6熱軋盤條異常顯微組織分析

溫國(guó)棟，王忠偉，花凌冬

（天津榮程聯(lián)合鋼鐵集團(tuán)有限公司，天津300352）

0 引言

ER50-6（即 GB/T3429中 H11Mn2SiA）系焊接用鋼熱軋盤條，用于制造氣體保護(hù)焊絲。氣體保護(hù)焊絲的主要生產(chǎn)工序包括拉絲、鍍銅和精繞等。原料盤條通過機(jī)械剝殼+電解酸洗的方式去除氧化鐵皮，經(jīng)表面硼化后再進(jìn)行粗拉以及精拉。由于拉絲工序無中間熱處理過程，所以要求ER50-6熱軋盤條必須具有合適的力學(xué)性能以及均勻的顯微組織，以保證穩(wěn)定的拉拔生產(chǎn)與良好的焊絲質(zhì)量。

某公司以轉(zhuǎn)爐→LF→Φ250 mm連鑄圓坯→高線工藝流程生產(chǎn)的Φ5.5 mm ER50-6熱軋盤條，在進(jìn)行交貨檢驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)強(qiáng)度偏低，并且存在異常顯微組織，無法滿足交貨要求。

本文針對(duì)以上不合格問題進(jìn)行了分析探討和工藝優(yōu)化，有效改善了ER50-6熱軋盤條的質(zhì)量。

1 檢驗(yàn)情況

ER50-6熱軋盤條力學(xué)性能要求屈服強(qiáng)度ReL：350~430 MPa，抗拉強(qiáng)度 Rm：470~550 MPa，斷面收縮率Z≥70.0%，顯微組織要求為均勻的鐵素體+珠光體。

某爐強(qiáng)度偏低盤條的初驗(yàn)和復(fù)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。由表可知，盤條屈服強(qiáng)度尤其偏低，同時(shí)對(duì)應(yīng)的抗拉強(qiáng)度和斷面收縮率亦存在偏低規(guī)律。對(duì)應(yīng)檢驗(yàn)拉伸斷口附近的顯微組織，觀察發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)度偏低盤條顯微組織中伴隨不均勻的鐵素體晶粒，存在混晶。其中，粗晶區(qū)鐵素體晶粒度為6～7級(jí)，正常細(xì)晶區(qū)為9～10級(jí)，分別如圖1～圖3所示。

仔細(xì)觀察盤條中心顯微組織發(fā)現(xiàn)，除珠光體外，還有其他組織的存在，如圖4所示。由于光學(xué)顯微鏡無法清晰辨別其形貌，通過掃描電子顯微鏡觀察，該組織為針塊狀形貌，其周圍是珠光體典型的片層狀形貌，如圖5所示。結(jié)合顯微硬度檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，針塊狀組織硬度較高，如表2所示。所以，針塊狀組織應(yīng)該為馬氏體。

表1 力學(xué)性能和顯微組織檢驗(yàn)

圖1 1#顯微組織

圖2 4#顯微組織

圖3 5#顯微組織

圖4 心部顯微組織

圖5 馬氏體SEM形貌

另外，宏觀金相檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，侵蝕后鐵素體多的區(qū)域顏色淺，珠光體多的區(qū)域顏色深，盤條1/4位置存在明顯的負(fù)偏析白亮帶，如圖6所示。

表2 顯微硬度檢驗(yàn)

圖6 盤條白亮帶

2 分析與優(yōu)化

2.1 吐絲溫度和輥道速度優(yōu)化

在某一爐次化學(xué)成分相近的情況下，粗大的鐵素體晶粒降低了盤條的整體力學(xué)性能。在孔型設(shè)計(jì)已經(jīng)穩(wěn)定的前提下，不存在因?yàn)樾∮谂R界變形量而導(dǎo)致的局部晶粒異常粗大現(xiàn)象存在，所以混晶是在控軋控冷過程中產(chǎn)生的。低碳鋼盤條吐絲溫度升高，相變前準(zhǔn)備階段的奧氏體晶粒變粗，相變后盤條強(qiáng)度和塑性降低，并且吐絲溫度越高，越易出現(xiàn)混晶。

表3 控軋控冷工藝對(duì)比

表4 連鑄工藝對(duì)比

對(duì)于ER50-6，由于錳、硅合金元素的存在，提高了鋼的淬透性，并使“CCT”曲線向右下方移動(dòng)，推遲并延長(zhǎng)了轉(zhuǎn)變時(shí)間[1]。吐絲溫度較高，相變前奧氏體晶粒較粗，更加推遲了相變，導(dǎo)致盤條心部過冷，產(chǎn)生心部馬氏體。另外，延遲型控冷工藝線圈密度大，不合理的輥道速度引起的冷卻不均勻亦加劇馬氏體的產(chǎn)生。

結(jié)合以上思路，主要針對(duì)吐絲溫度和輥道速度進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化前后的工藝如表3所示。

優(yōu)化后工藝適當(dāng)降低了吐絲溫度和首段輥道速度，抑制了高溫吐絲相變時(shí)粗大鐵素體晶粒的出現(xiàn)，均勻了鐵素體晶粒度；同時(shí)，綜合考慮盤條心部成分偏析以及冷速，延長(zhǎng)了盤條在保溫罩內(nèi)的轉(zhuǎn)變時(shí)間，避免了心部馬氏體的產(chǎn)生。

圖7 連鑄坯白亮帶

2.2 末端電磁攪拌方式及電流優(yōu)化

連鑄坯的偏析會(huì)直接遺傳給熱軋盤條，嚴(yán)重影響熱軋盤條的組織和性能[2]。ER50-6連鑄坯低倍結(jié)晶組織中的白亮帶亦證明了與盤條宏觀金相形貌的對(duì)應(yīng)關(guān)系，如圖7所示。在正常加熱條件下，連鑄坯白亮帶的負(fù)偏析無法實(shí)現(xiàn)均勻擴(kuò)散而消除。

澆注過程中，拉速、過熱度等工藝條件的變化將影響連鑄坯的液芯尺寸，凝固前沿受末端電磁攪拌連續(xù)、過度沖刷后，枝晶間溶質(zhì)濃度降低，出現(xiàn)C元素的負(fù)偏析，產(chǎn)生白亮帶。

根據(jù)以上分析，除穩(wěn)定拉速和過熱度外，在相同冷卻條件下，優(yōu)化了末端電磁攪拌方式以及末端電磁攪拌電流，如表4所示，消除了連鑄坯白亮帶。

3 結(jié)論

（1）通過降低吐絲溫度和首段輥道速度，解決了盤條混晶問題，穩(wěn)定了力學(xué)性能；同時(shí)綜合避免了心部馬氏體異常組織。

（2）恒拉速、低過熱度，并且搭配合理的末端電磁攪拌強(qiáng)度，消除了由于連鑄坯負(fù)偏析遺傳導(dǎo)致的盤條白亮帶異常組織。

[1] 王禮銀，ER50-6 盤條生產(chǎn)工藝研究[J].金屬制品，2004，30(2)：34.

[2]黃貞益，連鑄坯凝固偏析和高強(qiáng)熱軋盤條的組織遺傳性[J].鋼鐵研究學(xué)報(bào)，2007，19(1)：44.