實芯焊絲拉拔過程中的熱處理工藝介紹

喻蘭英 羅 宏 羅昌森

(1.四川理工學(xué)院材料與化學(xué)工程學(xué)院，四川643000；2.材料腐蝕與防護四川省高校重點實驗室，四川643000)

焊絲生產(chǎn)主要由熱處理、表面處理、拉拔和鍍層四大工序組成[1]。焊絲在經(jīng)過多道次拉撥過程中，易產(chǎn)生加工硬化，使其強度和硬度升高，影響后續(xù)的拉拔，因此熱處理是其生產(chǎn)中的關(guān)鍵性工序，可以改善其組織結(jié)構(gòu)，提高焊絲的塑性以利于后續(xù)的拉拔。

1 低碳合金結(jié)構(gòu)鋼

常用的低碳合金鋼焊絲有H08Mn2SiA、ER110S-1等，含碳量0.1(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)左右，其組織為鐵素體+珠光體，這類鋼第二相的形狀、數(shù)量和分布對塑性有很大的影響[2]。因此這類鋼宜采用球化退火使片層狀的珠光體轉(zhuǎn)變成球狀珠光體，從而提高材料的斷裂強度和塑性并有利于后續(xù)的拉拔[3]。據(jù)文獻[4～6]介紹，對于低碳鋼，在A1溫度以上碳化物短時間內(nèi)便可溶解，經(jīng)等溫球化退火在A1溫度以上保溫冷卻后得到的組織為粗大的珠光體，不利于碳化物的球化。低碳鋼的球化退火的先決條件是低碳鋼必須通過冷塑性變形，即可通過預(yù)拉拔獲得一定的變形量，使其碳化物破碎而作為球化的核心，同時是鋼塑性變形所積蓄的內(nèi)部能量作為球化的驅(qū)動力，只有這樣才能在低溫下進行球化處理，其實與鐵素體的再結(jié)晶也是同時進行的[3]。據(jù)文獻[7～8]介紹，SWRM10和ML18A低碳鋼鋼絲分別采用670～680℃和710～730℃低溫球化退火都得到了良好的拉拔性能。

ER110S-1焊絲是近年新興的一種低碳高強度合金焊絲，具有優(yōu)良的焊接工藝性能，廣泛應(yīng)用于760 MPa級低合金高強度鋼的焊接。成品焊絲是由?5.6 mm的盤條拉拔至?1.2 mm得到的。采用670～680℃低溫球化退火后，金相組織為鐵素體+細小的球狀碳化物顆粒，晶粒度8級～9級，具有良好的拉拔性能。采用完全退火或兩相區(qū)等溫退火均得到鐵素體+島狀貝氏體組織，拉拔過程中常出現(xiàn)斷絲現(xiàn)象，拉拔不暢。

實際生產(chǎn)過程中，大多情況下只進行一次退火，但像ER55-B2 、ER55-9CrWV等含合金較高的珠光體耐熱鋼可采用兩次中間退火。

低碳鋼球化溫度不能超過Ac1，超過Ac1冷卻下來形成的是片狀珠光體，還可能存在島狀貝氏體組織；在低于Ac1的溫度下進行保溫，才能夠獲得鐵素體+球狀碳化物組織。

2 不銹鋼

2.1 馬氏體不銹鋼

常用的馬氏體不銹鋼有H1Cr13、 H2Cr13 、H3Cr13，一般熱軋狀態(tài)為馬氏體類型的非平衡組織，通常采用在Ac1以下進行再結(jié)晶退火。因為若加熱溫度超過Ac1，在冷卻過程中極易出現(xiàn)馬氏體組織，由于馬氏體硬而脆，顯然不適合后續(xù)的拉拔。文獻[1]建議H3Cr13采用840～860℃加熱(2.5～3.0)h，爐冷到650℃出爐空冷的工藝，經(jīng)過拉拔的鋼絲應(yīng)立即退火，防止冷加工應(yīng)力造成的開裂。文獻[7]推薦H1Cr13不銹鋼采用650～670℃退火，H2Cr13不銹鋼采用675～760℃退火后可獲得最大的軟度。

2.2 鐵素體不銹鋼

鐵素體不銹鋼的退火與馬氏體不銹鋼相似，主要采用再結(jié)晶退火，退火溫度可選擇780～830℃，在400～550℃應(yīng)急冷，防止475℃脆性的產(chǎn)生[8]。

2.3 奧氏體不銹鋼

奧氏體不銹鋼實芯焊絲主要是以H0Cr18Ni9和H0Cr18Ni9Ti為代表的18-8型不銹鋼及其派生鋼種。由于奧氏體不銹鋼經(jīng)過固溶處理后能夠得到單一的奧氏體，在塑性得到大幅度提高的同時，耐蝕性也同時提高。經(jīng)過固溶處理的H0Cr18Ni9Ti強度低、韌性好，是這類鋼最佳的軟化處理工藝。固溶處理主要是選擇合適的固溶處理溫度和加熱時間，避免晶粒的過度長大，最好控制晶粒度在7級～9級，奧氏體不銹鋼的固溶處理可參考文獻[7]。

2.4 鐵素體-奧氏體雙相不銹鋼

鐵素體-奧氏體雙相不銹鋼同樣采用固溶處理的方式進行軟化，固溶工藝與奧氏體不銹鋼相同。需特別注意的是冷卻方式，要快速冷卻，防止在650～850℃之間析出σ脆性相和475℃脆性的產(chǎn)生。

3 鎳基合金

ERNiCrMo-3、ERNiCrMo-6等鎳基焊絲在拉拔過程中會產(chǎn)生加工硬化，加上各種強化相不可避免地降低了材料的塑性，增加其硬度和強度，很容易在拉拔過程中拉斷，不能達到生產(chǎn)要求。目前國外對ERNiCrMo-3合金的固溶退火工藝已有較大的進展，主要熱處理工藝為：(1)高溫固溶退火1 093～1 204℃，空淬或快冷；(2)低溫固溶退火927～1 038℃，空淬或快冷；(3)消除應(yīng)力處理900℃，空淬[9]。ERNiCrMo-3采用1 040℃固溶處理后，晶粒度為7級～8 級，具有良好的拉拔性能。

4 焊絲熱處理缺陷

(1) 氧化與脫碳

焊絲在熱處理過程中由于氮氣的通入量不足或爐內(nèi)空氣沒有完全排除，或者盤條生銹或有水分存在及加熱爐密封不嚴(yán)，都會在加熱過程中發(fā)生脫碳，嚴(yán)重時會影響焊接后焊縫熔敷金屬的化學(xué)成分。

(2) 超溫或溫度不均勻

焊絲的退火一般采用鐘罩式電阻爐加熱，采用氮氣作為保護氣氛或采用在線加熱。當(dāng)采用鐘罩式電阻爐加熱時，由于裝爐量較大，盤條的上層和下層以及內(nèi)圈和外圈之間容易存在較大的溫度差，所以必須加強保護氣體的循環(huán)，保證爐溫的均勻性，如果爐溫不均勻會導(dǎo)致超溫加熱的現(xiàn)象。比如，ER110S-1焊絲若加熱溫度超過臨界點則會發(fā)生相變，生成貝氏體和馬氏體等不平衡組織，嚴(yán)重影響拉拔性能。

(3) 晶粒粗大

在進行退火時一定要嚴(yán)格控制晶粒度，因為晶粒粗大會嚴(yán)重降低材料的塑性，一般控制在7級～9級比較合適。制定合理的熱處理制度是保證晶粒度的重要條件，加熱溫度和加熱時間要根據(jù)加熱爐的效率、裝爐量等合理制定。

[1] 孫金茂.合金焊條鋼絲生產(chǎn)綜述[J].上海金屬.1991，13 (1)：60-63.

[2] 俞德剛，談育煦.鋼的組織強度學(xué)—組織與強韌性[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2007，1983：117，122，428-429.

[3] 孟運杰.低碳鋼絲球化退火的探討[J].金屬制品.2002，28 (5)：26-28.

[4] Hongshuang Di, Xiaoming Zhang, Guodong Wang, etc..Spheroidizing kinetics of eutectic carbide in the twin roll-casting of M2 high-speed steel[J]. Journal of Materials Processing Technology, 2005(166): 359-363.

[5] Whiteley J h.The Formation of Globular Pearlite[J].JISI,1922,105:339-357.

[6] A.Pichler,C.Commenda,Hribering,A.Bodin, etc.. Improvement of cold rolled products by computer assisted metallurgical modeling[J].European Commission,Technical Steel Research Report,EUR21136EN,Bruxelles,2004.

[7] 樊東黎.熱處理技術(shù)數(shù)據(jù)手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社，2003：194.

[8] 李泉華.熱處理技術(shù)400問解析[M].北京:機械工業(yè)出版社，2002：14.

[9] 張紅斌.國外INCONEL625合金的進展[J].特鋼技術(shù)，2000，(3)：69-80.