ER50-6拉拔脆斷成因分析

王 剛

（成渝釩鈦科技有限公司，四川 內(nèi)江 642469）

西南地區(qū)對焊接材料有較大的需求，特備是氣保焊絲ER50-6有廣泛的社會(huì)需求，因此研究和改善ER50-6質(zhì)量能顯著提高我公司焊絲鋼產(chǎn)品的市場競爭力，節(jié)約焊接成本，提高設(shè)備使用安全，有著重要的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

公司目前采用鐵水預(yù)處理→轉(zhuǎn)爐→LF精煉→連鑄→高線軋制工藝生產(chǎn)ER50-6，用戶對ER50-6盤條母材提出嚴(yán)格的要求，特別是要求拉拔脆斷指數(shù)100噸≤2次。

用戶拉絲工藝為：開卷機(jī)開卷→剝殼→清理→粗拉（Φ5.5→Φ4.8→Φ4.15→Φ3.5→Φ3.0→Φ2.58→Φ2.2）→ 精 拉（Φ2.2→Φ1.8→Φ1.3→Φ0.8）→鍍銅。

然而在用戶使用過程中，發(fā)現(xiàn)精拉至Φ1.3時(shí)，脆斷頻繁。我公司技術(shù)人員對脆斷原因進(jìn)行檢測和分析，成功的找到了脆斷的原因，并制定措施進(jìn)行解決。

1 ER50-6斷裂樣品分析

為找到脆斷的原因，將斷裂樣品及該批次的母材進(jìn)行檢測。

1.1 樣品信息

表1 樣品信息與檢測內(nèi)容

1.2 腐蝕條件

樣品在室溫條件下采用3%硝酸酒精溶液腐蝕5-10秒。

1.3 檢測結(jié)果

表2 檢測結(jié)果

本次檢測從組織和夾雜物兩個(gè)層面分析Φ5.5盤條→Φ1.3焊絲的變化情況。

1.3.1 組織變化檢測情況

首先在XD30M倒置金相顯微鏡下觀測橫截面組織形貌（圖1）。Φ5.5盤條樣品在500倍的光鏡下邊部和中心組織類型無顯著差異；而在Φ1.3焊絲在500倍的光鏡下其鐵素體與塊狀組織清晰可見，心部塊狀組織總體尺寸更大，邊部塊狀組織相對細(xì)小均勻。

圖1 橫截面組織形貌光鏡對比圖

其次在JSM-7800F場發(fā)射掃描電鏡電鏡下觀察橫截面、縱剖面的組織形貌（圖2）。Φ5.5盤條樣品組織為鐵素體+珠光體+三次滲碳體，鐵素體與珠光體成沿軋向帶狀分布，其中鐵素體占比較大；而Φ1.3焊絲樣品橫截面中心存在相對較多和較大的孔洞；縱剖面的組織形貌可以看出：組織由軟硬兩相組成，軟相拉長呈細(xì)條狀，而塊狀硬相變形能力差，軟相與硬相交界處形成微裂紋級(jí)成為斷裂源，圖中心和下邊沿分別有兩個(gè)夾雜物，夾雜物周圍有裂紋。

圖2 組織形貌電鏡對比圖

分析：焊絲鋼母材組織為均勻的鐵素體+珠光體+三次滲碳體。在拉拔過程中，占比較大的等軸鐵素體體晶粒沿著拉拔方向變成細(xì)長的組織，其呈現(xiàn)較大的韌性，在金相中呈現(xiàn)軟相；在拉拔過程中，隨著晶粒的延伸，分布在晶界處三次滲碳體對位錯(cuò)的釘扎作用也越來越大，其塑性差，在金相中呈硬相。鐵素體和三次滲碳體之間薄弱部位容易產(chǎn)生裂紋。

故三次滲碳體的產(chǎn)生會(huì)導(dǎo)致盤條的拉拔性能變差。

1.3.2 夾雜物變化檢測情況

首先采用電鏡對Φ5.5盤條樣品縱剖面進(jìn)行夾雜物的形貌和能譜檢測，此樣品中主要夾雜物為Al2O3-MgO-SiO2-MnS的復(fù)合夾雜物，Al2O3-MgO占主導(dǎo)地位，其周圍覆蓋有一定量的SiO2-MnS。

夾雜物最大約10微米，在夾雜物附近存在微裂紋，如圖3。

圖3 Φ5.5盤條縱剖面的夾雜物形貌和能譜

其次在Φ5.5盤條縱剖面的夾雜物形貌和能譜面掃描（圖4）可以看出：Al2O3-MgO先生成，并為SiO2和MnS提供異質(zhì)形核核心，最終生成Al2O3-MgO-SiO2-MnS復(fù)合夾雜物。

圖4 Φ5.5盤條縱剖面夾雜物形貌和能譜掃描圖

最后，檢測Φ1.3焊絲斷口夾雜物情況（圖5），斷口底部凹坑中存在明顯異于周圍組織、夾雜物，但凹坑中能譜無信號(hào)不能檢測確定。斷口凸面采用酒精超聲波震蕩清洗后，未發(fā)現(xiàn)典型夾雜物。但在縱剖面200倍的電鏡組織形貌檢測中發(fā)現(xiàn)中心和下沿有兩個(gè)夾雜物，夾雜物周圍有裂紋。

圖5 Φ1.3焊絲組織形貌圖

分析：盤條中存在以脆性夾雜物Al2O3是導(dǎo)致盤條拉拔脆斷的另外一個(gè)原因。從檢測結(jié)果分析，不論拉拔前，還是拉拔后的凹坑處及縱剖面均存在夾雜物，凸面的夾雜物有可能在樣品轉(zhuǎn)運(yùn)、保存不善，改變了樣品的原始形貌。

1.4 檢測結(jié)果分析

從母材和拉拔后的焊絲組織異常來看，未發(fā)現(xiàn)有影響拉拔的貝氏體和馬氏體組織存在。目前存在的斷裂問題是Al2O3脆性夾雜物+三次滲碳體疊加導(dǎo)致。

2 工藝現(xiàn)狀分析及改進(jìn)措施

針對影響Al2O3脆性夾雜物和三次滲碳體生成的因素進(jìn)行分析。

2.1 工藝流程

ER50-6在新區(qū)120t轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)，工藝流程如下：KR預(yù)處理脫硫→提釩轉(zhuǎn)爐提釩→頂?shù)讖?fù)吹煉鋼轉(zhuǎn)爐冶煉半鋼→Ar站吹氬調(diào)氧→LF精煉→七機(jī)七流方坯連鑄機(jī)（全程保護(hù)澆注+電磁攪拌）→高線軋制。

2.2 脫氧工藝

為控制全氧含量，采用鋁錳鐵預(yù)脫氧，如氬站氧值偏高，采用鋁線進(jìn)一步脫氧。精煉爐采用硅鈣粉、碳化硅等不含鋁材料進(jìn)行預(yù)脫氧。

2.3 高線控冷工藝

為控制鋼中的貝氏體和馬氏體的產(chǎn)生，采用過冷度小、冷速慢的方式進(jìn)行冷卻。目前采用降低吐絲溫度、降低風(fēng)冷線輥道速度、關(guān)閉風(fēng)冷線保溫罩，控制冷卻速度在0.8℃/s~0.9℃/s，組織為F+P。

2.4 工藝分析

采用含鋁材料高線的降低鋼中的全氧，但受焊絲鋼熔敷性能的影響，要求Ca含量越低越好，故Al2O3脆性夾雜物未經(jīng)過鈣處理，無法形成液態(tài)的低熔點(diǎn)鋁酸鹽12CaO·7Al2O3，亦導(dǎo)致鋼水結(jié)瘤。故高硅高錳的焊絲鋼在工藝設(shè)計(jì)上可采用硅錳合金進(jìn)行脫氧，避免采用鋁脫氧及加入含鋁合金帶來的高熔點(diǎn)的鋁酸鹽夾雜物[1]。

鐵素體晶界存在的三次滲碳體，是由于緩冷過程中終冷溫度偏低，盤條在鐵素體轉(zhuǎn)變區(qū)域停留時(shí)間過長，奧氏體在轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w過程中向鐵素體轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變過程中，多余的碳在晶界處形成滲碳體，同時(shí)，轉(zhuǎn)變后的鐵素體由于碳含量高，在進(jìn)一步的冷卻總析出三次滲碳體[2]?？刹捎锰岣咄陆z溫度和提高輥道速度，提高終止緩冷溫度和適當(dāng)增加冷速，但不得超過1℃/s，控制馬氏體和貝氏體的產(chǎn)生。

3 用戶使用情況

通過應(yīng)用硅錳代替鋁脫氧工藝及優(yōu)化冷卻制度后，連續(xù)生產(chǎn)2個(gè)月共生產(chǎn)5000噸ER50-6。用戶反饋，拉拔Φ1.2焊絲斷線率大為降低，改進(jìn)措施取得明顯效果。

4 結(jié)論

（1）通過檢測分析，盤條中存在的Al2O3夾雜物和三次滲碳體是影響拉拔脆斷的主要因素。

（2）采用硅錳脫氧工藝+控制軋后冷速可以有效解決盤條的脆斷問題。