含鈦焊絲鋼盤條拉拔斷裂原因分析

盧 偉 永

（1河鋼集團(tuán)宣鋼公司，河北 宣化075100；2河北省鋼結(jié)構(gòu)用鋼工程技術(shù)研究中心，河北 宣化075100）

1 前言

含鈦焊絲由于采用了Ti微合金化，焊接飛濺小、焊縫平整美觀，因此廣泛適用于大電流、高速焊接，如汽車、船舶、橋梁等鋼結(jié)構(gòu)的自動焊接［1-2］。宣鋼含鈦焊絲鋼盤條采用摩根五代高速線材軋機生產(chǎn)，在免退火條件下，Φ5.5 mm規(guī)格盤條經(jīng)酸洗（機械除鱗）去除氧化鐵皮、拉拔、鍍銅等工藝加工成Φ0.8～1.2 mm規(guī)格焊絲。近期，宣鋼生產(chǎn)的含鈦焊絲鋼盤條在某客戶拉拔加工時出現(xiàn)了頻繁斷裂現(xiàn)象，為此對斷裂試樣進(jìn)行檢測分析，以期找出原因并加以改進(jìn)。

2 斷口宏觀形貌

斷口附近無明顯機械損傷，斷口為杯錐狀（見圖1），一端為尖錐形，一端為杯托狀，錐頂為脆性斷裂，有明顯的撕裂棱；錐身為韌性斷裂，所占區(qū)域較??；錐底為脆性斷裂，所占區(qū)域較大，且與錐身交界處有明顯的裂紋。對斷裂試樣進(jìn)行縱剖，采用德國蔡司Stemi2000-c體視鏡在50倍下觀察斷口附近縱截面形貌（見圖2）。從圖2可見，斷口附近存在朝拉拔方向的“V”型裂紋。

圖1 斷口宏觀形貌

圖2 斷口附近縱截面低倍檢測

3 理化檢測與分析

3.1 化學(xué)成分分析

對拉拔斷絲樣進(jìn)行化學(xué)成分檢測，結(jié)果見表1。斷絲樣的化學(xué)成分符合內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.2 力學(xué)性能

取斷裂試樣的母材盤條進(jìn)行力學(xué)性能檢測，結(jié)果見表2。母材盤條的抗拉強度和斷面收縮率均滿足內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)要求，但抗拉強度波動較大。

表1 含鈦焊絲鋼斷裂試樣化學(xué)成分和氣體含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） %

3.3 夾雜物檢測

對斷口進(jìn)行能譜分析，未發(fā)現(xiàn)夾雜等異常物。對斷裂試樣和盤條進(jìn)行非金屬夾雜物檢測，結(jié)果見表3。從表3可以看出，斷裂試樣和母材盤條的非金屬夾雜物均為細(xì)系夾雜物且級別不高，因此，非金屬夾雜物不是造成斷絲的主要原因。

表2 母材盤條力學(xué)性能

表3 非金屬夾雜物檢測結(jié)果

3.4 顯微組織

取斷裂試樣分別進(jìn)行橫截面和縱截面金相檢測，結(jié)果如圖3所示。由圖3a可以看出，斷裂試樣橫截面存在大量硬質(zhì)相，拉拔加工時，鐵素體組織隨著拉拔道次進(jìn)行塑性變形，而硬質(zhì)相由于不變形或變形能力差，圍繞硬質(zhì)相因變形不均而產(chǎn)生微裂紋，如圖3b所示。微裂紋產(chǎn)生以后，隨著變形程度增加，裂紋源不斷擴大，最終導(dǎo)致拉拔斷裂。

圖3 斷裂試樣金相組織

圖4 所示為該焊絲鋼同一圈盤條不同部位所對應(yīng)的組織，在抗拉強度較低的部分（535 MPa）對應(yīng)的是粗大的鐵素體＋珠光體的組織；而在抗拉強度較高的部位（705 MPa）對應(yīng)的是細(xì)小的鐵素體＋貝氏體+馬奧島的組織。

圖4 盤條金相組織

由于貝氏體和馬奧島中的馬氏體都屬于在較低溫度發(fā)生的切變型相變的產(chǎn)物，本身強度較高，容易造成材料的抗拉強度升高。而造成同一圈盤條抗拉強度出現(xiàn)巨大差異的原因與盤條的生產(chǎn)方式特點有關(guān)［3-4］。如圖5所示，盤條經(jīng)軋制、吐絲后在輥道上堆疊，出現(xiàn)盤條排列密集的搭接點位置和盤條排列松散的非搭接點位置，且排列密集程度由盤卷中部向兩邊逐漸遞增。這種排列密集程度的不同將導(dǎo)致盤條在冷卻過程中出現(xiàn)溫度和冷卻速度的不同。圖6為宣鋼焊絲鋼盤條出保溫罩后，由紅外線成像儀拍攝的盤條溫度分布情況，可以明顯看出盤條搭接點位置的溫度顯著高于非搭接點位置的溫度，由此也可知道兩個部位的冷卻速度也存在明顯差異。

圖5 盤條在風(fēng)冷輥道上的堆疊情況示意圖

圖6 盤條出保溫罩后的溫度分布

4 結(jié)論

4.1 組織中存在的大量硬質(zhì)相—貝氏體和馬奧島，是造成盤條拉拔斷裂的主要原因。

4.2 含鈦焊絲鋼盤條在軋后緩冷過程中，搭接點和非搭接點的冷卻速度差異是造成抗拉強度極差大和組織中產(chǎn)生大量硬質(zhì)相的主要原因。

4.3 減小搭接點和非搭接點的冷卻速度差異可以采取調(diào)節(jié)吐絲效果、優(yōu)化輥道速度、加強相變過程的保溫等措施。