焊絲ER69-4 拉拔斷裂原因分析及工藝改進(jìn)

宋金平， 肖丙政， 蔣玉梅

(南京鋼鐵聯(lián)合有限公司特鋼事業(yè)部質(zhì)量處， 江蘇 南京 210035)

目前氣體保護(hù)焊接占整個(gè)焊接生產(chǎn)的主導(dǎo)地位，主要因焊接成本低。其成本只有埋弧焊、焊條電弧焊的40%～50%；生產(chǎn)效率高，操作簡(jiǎn)便，焊縫抗裂性能高，焊后變形較小，焊接飛濺小等優(yōu)點(diǎn)。在我國(guó)焊材結(jié)構(gòu)中所占的比例也逐年上升，氣體保護(hù)焊接已廣泛用于造船、車(chē)輛、電站設(shè)備、石油化工、航空航天、建筑機(jī)械等部門(mén)，因此氣體保護(hù)焊絲有著廣闊的市場(chǎng)前景。氣體保護(hù)焊絲已成為焊接材料發(fā)展的主導(dǎo)產(chǎn)品，它具有高效、節(jié)能、適應(yīng)自動(dòng)化焊接的優(yōu)點(diǎn)。合金焊絲鋼ER69-4 線材主要是用于制造CO2氣體保護(hù)焊絲的主要材料[1]。

焊絲用盤(pán)條為深加工原料在加工過(guò)程中變形量很大，在拉拔過(guò)程中出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。為了保證產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率，對(duì)盤(pán)條組織和表面質(zhì)量要求都很高。以Ф5.5 mm 規(guī)格的ER69-4 鋼為例，要經(jīng)過(guò)16個(gè)道次拉拔最終生產(chǎn)規(guī)格為1.2 mm 的焊絲在拉拔過(guò)程中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象。研究ER69-4 焊絲鋼的斷裂原因，分析出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象的化學(xué)成分及組織特點(diǎn)，通過(guò)改進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)工藝，斷裂現(xiàn)象得到改善，已滿(mǎn)足用戶(hù)使用。

1 檢測(cè)與分析

1.1 化學(xué)成分檢測(cè)

從用戶(hù)取回軋材母材并進(jìn)行成分分析，利用紅外碳硫分析儀對(duì)產(chǎn)生斷裂的原始盤(pán)條進(jìn)行化學(xué)成分檢驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表1。檢測(cè)結(jié)果表明，該盤(pán)條的化學(xué)成分符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

1.2 金相檢驗(yàn)

在裂紋源處取橫向試樣，經(jīng)粗磨、細(xì)磨、粗拋、細(xì)拋后，用4%硝酸酒精腐蝕試樣，在LEICA 金相顯微鏡下觀察，試樣邊緣光滑，無(wú)裂紋、折疊等缺陷（見(jiàn)圖1 和圖2）。

表1 ER69-4 盤(pán)條化學(xué)成分 %

圖1 原材料1000×

圖2 斷口1000×

從金相照片看，原材料表面存在較明顯的異常組織，異常組織出現(xiàn)在鋼絲的一側(cè)，材料斷裂是由于表層的組織拉拔不易變形造成。南鋼在第一次檢驗(yàn)時(shí)未能發(fā)現(xiàn)異常。最初的判斷是用戶(hù)原來(lái)從Ф5.5 mm拉拔到Ф3.5 mm 退火，現(xiàn)在更改工藝?yán)蔚涧?.4 mm退火，用戶(hù)在粗拉加大拉拔量后，表面產(chǎn)生損傷。但在后期的工藝試驗(yàn)對(duì)比分析時(shí)，對(duì)ER69-4 進(jìn)行改進(jìn)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)表層組織與心部組織存在差異（見(jiàn)圖3，圖4，下頁(yè)圖5 和下頁(yè)圖6）。

圖3 心部（精拉斷絲1000×）

圖4 1/4 處（精拉斷絲1000×）

圖5 邊緣（精拉斷絲1000×）

圖6 樣品全貌（精拉斷絲50×）

從精拉斷絲的全面可以看出，材料存在心部偏析現(xiàn)象，材料心部、1/4 處和邊緣組織對(duì)比也可以看出，材料心部和邊緣馬氏體比例差異明顯。

從分析看，建議改進(jìn)點(diǎn)：減輕偏析影響、減少馬氏體，工藝從這方面進(jìn)行改進(jìn)。

2 改進(jìn)措施

高線廠改造后一直到3月份生產(chǎn)的合金焊絲質(zhì)量較好，采用原來(lái)工藝要求（見(jiàn)表2），用戶(hù)反饋比改造前好，但4月份之后卻發(fā)生較大變化，用戶(hù)陸續(xù)反饋材料拉拔性能下降明顯。在此期間，高線廠工藝未做任何改動(dòng)。經(jīng)詳細(xì)對(duì)比，最大差異在出罩蓋后的溫度變化（見(jiàn)圖7）。通過(guò)熱模擬試驗(yàn)及對(duì)實(shí)際樣品的對(duì)照分析，確認(rèn)目前拉拔斷絲的主要原因是出罩蓋后，搭接點(diǎn)還有很高的余溫（700 ℃），奧氏體在罩蓋內(nèi)尚未完全轉(zhuǎn)變，出罩蓋后快速冷卻，產(chǎn)生過(guò)冷組織。

表2 改造前后吐絲溫度、入罩蓋溫度、出罩蓋溫度對(duì)比℃

圖7 罩蓋后的溫度差異

為解決客戶(hù)交貨問(wèn)題，生產(chǎn)過(guò)程中采用低溫終軋和低吐絲溫度工藝生產(chǎn)一批ER69-4 材料。

本次試驗(yàn)工藝設(shè)定思路：參考前期其他客戶(hù)反饋的類(lèi)似拉拔斷絲問(wèn)題并進(jìn)行分析，判斷材料斷絲原因是出罩蓋溫度過(guò)高，本次試驗(yàn)重點(diǎn)是控制好出罩蓋溫度。本次生產(chǎn)測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表3 本次生產(chǎn)測(cè)溫?cái)?shù)據(jù) ℃

本次試驗(yàn)結(jié)論：設(shè)定工藝對(duì)組織有改善，但頭尾差異大（見(jiàn)圖8 和圖9）。

圖8 頭部1000×（1/4）

圖9 尾部1000×（1/4）

通過(guò)對(duì)樣品檢驗(yàn)和幾輪試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了不少問(wèn)題，針對(duì)檢驗(yàn)結(jié)果制定了以下工藝措施，以改善發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題（見(jiàn)表4）。

表4 針對(duì)檢驗(yàn)結(jié)果制定的工藝措施

按照以上措施，高線廠分別進(jìn)行了3 輪試驗(yàn)，重點(diǎn)對(duì)比驗(yàn)證加熱溫度、終軋溫度、吐絲溫度和輥道速度。通過(guò)以上多輪試驗(yàn)，目前已優(yōu)選出最佳工藝（圖10 和圖11）。

圖10 ER69-4 改進(jìn)前

圖11 ER69-4 改進(jìn)后

通過(guò)多輪試驗(yàn)和總結(jié)，除了鋼種的質(zhì)量計(jì)劃外，還額外增加了對(duì)焊絲鋼生產(chǎn)的要求：

1）生產(chǎn)對(duì)入罩蓋和出罩蓋溫度進(jìn)行管控，建立臺(tái)賬，生產(chǎn)焊絲鋼是每半小時(shí)測(cè)溫一次并記錄。

2）生產(chǎn)焊絲鋼時(shí)，第一支鋼調(diào)整好出罩蓋溫度后，再連續(xù)生產(chǎn)。確保工藝符合要求，重點(diǎn)關(guān)注出罩蓋溫度。

3）生產(chǎn)焊絲鋼時(shí)，風(fēng)冷線上所有風(fēng)機(jī)不得吹到鋼。

4）對(duì)已成熟的工藝進(jìn)行固化，及時(shí)修改質(zhì)量計(jì)劃，并將試驗(yàn)工藝轉(zhuǎn)化為工藝要點(diǎn)。

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)斷裂樣品的化學(xué)成分及組織特點(diǎn)的分析，通過(guò)改進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)工藝，使Ф5.5 mm 焊絲鋼ER69-4組織得到改善，已滿(mǎn)足用戶(hù)使用。減輕偏析影響、減少馬氏體，通過(guò)對(duì)加熱溫度、終軋溫度、吐絲溫度和輥道速度進(jìn)行匹配與優(yōu)化，對(duì)入罩蓋和出罩蓋溫度進(jìn)行管控，解決心部偏析，頭尾差異，同圈差異問(wèn)題，改進(jìn)效果明顯，滿(mǎn)足用戶(hù)使用。