焊丝ER69-4 拉拔断裂原因分析及工艺改进

宋金平， 肖丙政， 蒋玉梅

(南京钢铁联合有限公司特钢事业部质量处， 江苏 南京 210035)

目前气体保护焊接占整个焊接生产的主导地位，主要因焊接成本低。其成本只有埋弧焊、焊条电弧焊的40%～50%；生产效率高，操作简便，焊缝抗裂性能高，焊后变形较小，焊接飞溅小等优点。在我国焊材结构中所占的比例也逐年上升，气体保护焊接已广泛用于造船、车辆、电站设备、石油化工、航空航天、建筑机械等部门，因此气体保护焊丝有着广阔的市场前景。气体保护焊丝已成为焊接材料发展的主导产品，它具有高效、节能、适应自动化焊接的优点。合金焊丝钢ER69-4 线材主要是用于制造CO2气体保护焊丝的主要材料[1]。

焊丝用盘条为深加工原料在加工过程中变形量很大，在拉拔过程中出现断裂现象严重影响产品质量和生产效率。为了保证产品的质量和生产效率，对盘条组织和表面质量要求都很高。以Ф5.5 mm 规格的ER69-4 钢为例，要经过16个道次拉拔最终生产规格为1.2 mm 的焊丝在拉拔过程中有时会出现断裂现象。研究ER69-4 焊丝钢的断裂原因，分析出现断裂现象的化学成分及组织特点，通过改进现场工艺，断裂现象得到改善，已满足用户使用。

1 检测与分析

1.1 化学成分检测

从用户取回轧材母材并进行成分分析，利用红外碳硫分析仪对产生断裂的原始盘条进行化学成分检验，结果见表1。检测结果表明，该盘条的化学成分符合标准要求。

1.2 金相检验

在裂纹源处取横向试样，经粗磨、细磨、粗抛、细抛后，用4%硝酸酒精腐蚀试样，在LEICA 金相显微镜下观察，试样边缘光滑，无裂纹、折叠等缺陷（见图1 和图2）。

表1 ER69-4 盘条化学成分 %

图1 原材料1000×

图2 断口1000×

从金相照片看，原材料表面存在较明显的异常组织，异常组织出现在钢丝的一侧，材料断裂是由于表层的组织拉拔不易变形造成。南钢在第一次检验时未能发现异常。最初的判断是用户原来从Ф5.5 mm拉拔到Ф3.5 mm 退火，现在更改工艺拉拔到Ф2.4 mm退火，用户在粗拉加大拉拔量后，表面产生损伤。但在后期的工艺试验对比分析时，对ER69-4 进行改进对比，发现表层组织与心部组织存在差异（见图3，图4，下页图5 和下页图6）。

图3 心部（精拉断丝1000×）

图4 1/4 处（精拉断丝1000×）

图5 边缘（精拉断丝1000×）

图6 样品全貌（精拉断丝50×）

从精拉断丝的全面可以看出，材料存在心部偏析现象，材料心部、1/4 处和边缘组织对比也可以看出，材料心部和边缘马氏体比例差异明显。

从分析看，建议改进点：减轻偏析影响、减少马氏体，工艺从这方面进行改进。

2 改进措施

高线厂改造后一直到3月份生产的合金焊丝质量较好，采用原来工艺要求（见表2），用户反馈比改造前好，但4月份之后却发生较大变化，用户陆续反馈材料拉拔性能下降明显。在此期间，高线厂工艺未做任何改动。经详细对比，最大差异在出罩盖后的温度变化（见图7）。通过热模拟试验及对实际样品的对照分析，确认目前拉拔断丝的主要原因是出罩盖后，搭接点还有很高的余温（700 ℃），奥氏体在罩盖内尚未完全转变，出罩盖后快速冷却，产生过冷组织。

表2 改造前后吐丝温度、入罩盖温度、出罩盖温度对比℃

图7 罩盖后的温度差异

为解决客户交货问题，生产过程中采用低温终轧和低吐丝温度工艺生产一批ER69-4 材料。

本次试验工艺设定思路：参考前期其他客户反馈的类似拉拔断丝问题并进行分析，判断材料断丝原因是出罩盖温度过高，本次试验重点是控制好出罩盖温度。本次生产测温数据见表3。

表3 本次生产测温数据 ℃

本次试验结论：设定工艺对组织有改善，但头尾差异大（见图8 和图9）。

图8 头部1000×（1/4）

图9 尾部1000×（1/4）

通过对样品检验和几轮试验发现了不少问题，针对检验结果制定了以下工艺措施，以改善发现的问题（见表4）。

表4 针对检验结果制定的工艺措施

按照以上措施，高线厂分别进行了3 轮试验，重点对比验证加热温度、终轧温度、吐丝温度和辊道速度。通过以上多轮试验，目前已优选出最佳工艺（图10 和图11）。

图10 ER69-4 改进前

图11 ER69-4 改进后

通过多轮试验和总结，除了钢种的质量计划外，还额外增加了对焊丝钢生产的要求：

1）生产对入罩盖和出罩盖温度进行管控，建立台账，生产焊丝钢是每半小时测温一次并记录。

2）生产焊丝钢时，第一支钢调整好出罩盖温度后，再连续生产。确保工艺符合要求，重点关注出罩盖温度。

3）生产焊丝钢时，风冷线上所有风机不得吹到钢。

4）对已成熟的工艺进行固化，及时修改质量计划，并将试验工艺转化为工艺要点。

3 结论

通过对断裂样品的化学成分及组织特点的分析，通过改进现场工艺，使Ф5.5 mm 焊丝钢ER69-4组织得到改善，已满足用户使用。减轻偏析影响、减少马氏体，通过对加热温度、终轧温度、吐丝温度和辊道速度进行匹配与优化，对入罩盖和出罩盖温度进行管控，解决心部偏析，头尾差异，同圈差异问题，改进效果明显，满足用户使用。