吐丝温度对ER50-6盘条性能的影响

曹英杰，刘学森，李 探

（天津钢铁集团有限公司，天津300301）

0 引言

中国是世界上焊接材料第一生产大国和消费大国，随着焊接自动化水平的不断提高，气体保护焊丝被广泛应用于车辆制造、工程机械、船舶、石油化工、压力容器等行业。CO2气体保护焊具有高的生产效率、低耗能、低成本、应用范围广等特点。其主要使用ER50-6实芯焊丝，在焊接时具有良好的电弧稳定性和焊接性能[1]。

作为制作实芯焊丝用的ER50-6盘条，需经多道次大变形拉拔，整体变形量可达97.88%，即要求盘条具有良好的拉拔性能。因此对母材的力学性能及金相组织要求较为严格。较低的抗拉强度水平能防止拉丝变形中强度进一步增高，降低加工硬化率；同时应避免盘条中存在不宜变形的贝氏体组织及晶粒不均（混晶）等问题，防止拉拔断裂。

1 质量问题

ER50-6盘条作为常用气保焊丝的原料，其下游加工工艺为：酸洗→硼化→预拉拔（5.5 mm→4.8 mm）→粗拉（4.8mm→2.1 mm）→精拉（2.1 mm→0.8 mm）→镀铜→分卷→打包→入库[2]。

ER50-6盘条在拉拔Φ0.8 mm细丝过程中存在拉拔断裂的现象，对试样断口处进行金相检测分析。在断裂试样心部存在不规则V字形裂纹，该裂纹不断扩展导致断裂，如图1（a）所示；纵向铁素体及珠光体组织随拉拔变形显示具有强烈的流变，但之间分布着不规则的硬相组织难以变形，对正常基体变形产生阻碍作用，最终两者结合处产生裂纹并随变形量的逐渐增大，裂纹不断扩展直至开裂，如图1（b）所示，该硬相组织为贝氏体组织。

2 轧制关键工艺

2.1 工艺流程

150 mm×150 mm连铸方坯→蓄热式加热炉→高压水除磷→卡断剪→粗轧机组6架→飞剪→中轧机组6架→预精轧机4架→飞剪→精轧机组10架→水箱→吐丝机→斯太尔摩风冷线控冷→集卷→P/F线运输→精整→检验→打包→称重挂牌→成品入库。

图1 断口处金相组织

2.2 控冷工艺

2.2.1 吐丝温度

吐丝温度是控制相变开始的关键参数，其高低对奥氏体的稳定性和盘条的性能有重要影响。随着吐丝温度的逐渐降低，奥氏体晶粒长大的倾向会减小，相变过程过冷度也会减小。在同等冷却工艺下，吐丝温度高时相变点也相应上升，而吐丝温度低时能获得细而多的奥氏体晶粒，有利于相变之后的组织形态。

ER50-6硅和锰含量较高，其淬透性增加，致使CCT曲线向右下方移动，推迟并延长了组织相变时间。通过低吐丝温度控制，将使细小的奥氏体晶粒分解转变成较细的（铁素体+珠光体）组织，利于避免贝氏体组织的形成。

2.2.2 斯太尔摩风冷

斯太尔摩风冷线是控制相变的重要设备，通过对辊道速度、风机开启量、保温盖开闭及风门开闭等参数的控制，精准控制盘条的冷却曲线，最终得到理想的组织性能。

由于ER50-6要求盘条具有较低的抗拉强度和良好的塑韧性，以及均匀的（铁素体+珠光体）组织，因此ER50-6盘条在斯太尔摩风冷线上采用延迟型冷却，使其在接近等温条件先进行铁素体转变。为防止盘条在相变区间内未充分相变而落入集卷桶后快速冷却，应采用低的辊道速度及高效的保温手段，延长盘条在相变区间的停留时间，避免其快速冷却或组织转变不充分时析出贝氏体等异常组织。

2.3 动态CCT曲线

由焊丝用钢ER50-6的动态CCT曲线[3]（如图2所示）可知，ER50-6在相变过程中，当冷却速度大于1℃/s时，盘条组织中会产生异常金相组织（贝氏体或马氏体）；低于该冷速时，可获得理想的金相组织（铁素体+珠光体）。一般铁素体及珠光体转变温度区间在800～600℃，盘条在组织转变控制过程中应延长该温度范围的保温时间，保证铁素体及珠光体的充分转变，实现组织转变的有效控制。

图2 ER50-6动态CCT曲线

3 试制方案及分析

3.1 化学成分

为研究ER50-6热轧盘条在不同控冷工艺下对组织与性能的影响，本实验采用坯料化学成分如表1所示。

表1 化学成分/%

3.2 试制工艺

本次试验依据CCT曲线中铁素体及珠光体转变温度，并结合斯太尔摩风冷线的实际参数情况，在同一化学成分，同等加热及轧制工艺下，设计出3种不同吐丝温度的控冷工艺，进行现场试制，如表2所示。

表2 控冷工艺试验参数

3.3 组织性能检测

3.3.1 力学性能

对3种不同控冷工艺下的盘条试样进行取样分析，各工艺力学性能数据如表3所示。

从表3中可以看出，工艺1抗拉强度整体偏低，但散差达40MPa，存在性能不均的现象；工艺2中抗拉强度适中，散差在15MPa内，各项力学性能良好；工艺3中抗拉强度整体偏高。随着吐丝温度的降低，抗拉强度逐渐增高，同时吐丝温度较高存在盘条力学性能散差大的情况。

表3 各工艺力学性能

3.3.2 金相组织

各工艺试样金相组织及晶粒度情况如图3及表4所示。

图3 各工艺金相组织

从图3和表4可知，工艺1中金相组织晶粒度级别为8.0～8.5级，且存在贝氏体异常组织和混晶组织；工艺2中金相组织均为（铁素体+珠光体），组织正常，晶粒度级别为 8.5～9.0级；工艺 3中金相组织均为（铁素体+珠光体），组织正常，晶粒度级别为9.0～9.5 级。

3.4 试验结果分析

当吐丝温度为900℃时，晶粒为等轴铁素体和少量的珠光体组织，晶粒比较粗大，对应的抗拉强度较低。但由于相变前时间较长，斯太尔摩风冷线保温时间有限，导致部分奥氏体未完全相变时盘条已移出保温盖，冷速过快盘条心部形成贝氏体组织。同时保温过程中盘条搭接点与非搭接点温差逐步拉大，导致力学性能散差较大。

当吐丝温度为850℃时，相变能够在保温盖中充分进行，金相组织较均匀，晶粒度在9级左右，抗拉强度520 MPa，同时搭接点与非搭接点温差相对较小，抗拉强度散差在15 MPa左右。

当吐丝温度为820℃时，距铁素体初始转变温度相接近，在保温盖中组织转变时间较充分，获得9.5级的细小铁素体晶粒，但造成力学性能偏高，不利于盘条后续的拉拔。

4 结论

ER50-6盘条相变冷却速度控制在1℃/s以内时，能够得到理想的铁素体和珠光体组织，避免贝氏体的产生，铁素体及珠光体转变温度区间在800～600℃。

随着吐丝温度不断升高，热轧盘条的抗拉强度不断降低，晶粒度逐渐减小，且吐丝温度较高时抗拉强度散差大，易出现贝氏体及混晶的现象。

表4 各工艺金相组织及晶粒度

实验结果表明，吐丝温度为850℃时，ER50-6盘条具有均匀的铁素体和珠光体组织，力学性能适中，盘条能够获得理想的组织性能。