ER70S－6是國外常用的CO2 氣體保護焊絲牌號,相當于國內生產的ER50－6焊絲[1],由于該焊絲化學成分中的碳元素含量較低,Mn、Si元素含量較高,故在焊接時ER70S－6焊絲具有較好的電弧穩(wěn)定性和焊縫強度,在國內外得到普遍應用[2－3]。 

在對某鋼廠生產的ER70S－6鍍銅焊絲進行冷拉成形后,焊絲容易在彎折試驗時發(fā)生脆斷。該焊絲用鋼下游的生產工藝為機械磨光→粗拉→細拉→鍍銅。筆者采用一系列理化檢驗方法分析鍍銅焊絲彎折脆斷的原因,為ER70S－6焊絲的生產優(yōu)化提供了方向。 

1.   理化檢驗

1.1   宏觀觀察

彎折脆斷焊絲的宏觀形貌如圖1所示。由圖1可知：鍍銅和未鍍銅焊絲的斷口都呈筆尖狀,焊絲在彎折時未發(fā)生塑性變形而直接斷裂,說明材料的塑性較差[4]。 

圖  1  彎折脆斷焊絲的宏觀形貌

1.2   化學成分分析

取經拉拔成形的鍍銅和未鍍銅焊絲,使用砂紙對鍍銅焊絲進行預處理,采用直讀光譜儀對焊絲的化學成分進行分析[5－6]。彎折脆斷焊絲的化學成分分析結果如表1所示。由表1可知：該彎折脆斷焊絲的化學成分符合GB/T 3429—2015 《焊接用鋼盤條》的要求。 

1.3   金相檢驗

在鍍銅和未鍍銅彎折脆斷焊絲的斷口上縱向截取試樣,將試樣置于光學顯微鏡下觀察,結果如圖2所示。由圖2可知：在斷口附近均無非金屬夾雜物聚集,并且整個截面分布的非金屬夾雜物都較少,根據(jù)GB/T 10561—2005 《鋼中非金屬夾雜物含量的測定 標準評級圖顯微檢驗法》測得脆斷焊絲中非金屬夾雜物的級別,結果如表2所示。由表2可知：在沿變形方向的中心區(qū)域均存在細小孔洞和V形裂紋,其中鍍銅焊絲中V形裂紋比較密集。腐蝕后焊絲基體呈纖維狀F(鐵素體)＋P(珠光體),并分布有大量難變形的淡黃色馬氏體與貝氏體復合組織(M－B)[7－8],斷口和V形裂紋附近的顯微組織均與圖2相同。 

圖  2  彎折脆斷焊絲的微觀形貌

Table  2.  彎折脆斷焊絲中非金屬夾雜物級別

焊絲類型	A細	A粗	B細	B粗	C細	C粗	D細	D粗	DS
鍍銅焊絲	0	0	0.5	0	0	0	0.5	0	0
未鍍銅焊絲	0	0	0	0	0	0	0.5	0	0

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對彎折正常焊絲試樣的縱向截面進行腐蝕,再將試樣置于光學顯微鏡下觀察,結果如圖3所示。由圖3可知：彎折正常焊絲的顯微組織為F＋P,沿拉拔方向呈纖維狀分布,未發(fā)現(xiàn)異常組織。淡黃色的M－B非平衡組織是影響焊絲彎折脆斷的主要因素,加上冷變形過程中加工硬化的累積,造成焊絲發(fā)生彎折脆斷。 

圖  3  彎折正常焊絲的顯微組織形貌

1.4   不同熱處理工藝焊絲的顯微組織

采用JMatPro軟件計算出ER70S－6焊絲平衡狀態(tài)的組織轉變曲線(見圖4),得出材料的奧氏體化平衡轉變溫度點A3＝875 ℃,共析平衡轉變溫度點A1＝700 ℃。在ER70S－6熱軋盤條上截取5.5 mm×20 mm(直徑×長度)試樣,用箱式電阻爐對試樣進行熱處理,熱處理工藝曲線如圖5所示。 

圖  4  ER70S－6焊絲平衡狀態(tài)組織轉變曲

圖  5  熱軋態(tài)ER70S－6焊絲不同熱處理工藝曲線

ER70S－6鍍銅氣保焊絲一般為冷拉成形,再通過硫酸銅水溶液對其進行電解鍍銅,整個過程不存在為相變提供的熱力學條件。為進一步明確焊絲的M－B非平衡組織產生的環(huán)節(jié),在熱軋態(tài)ER70S－6焊絲用鋼盤條上截取試樣,加熱溫度為900 ℃,保溫8 min,然后分別采取水冷、空冷和爐冷至350 ℃后空冷3種方式進行冷卻,以模擬ER70S－6焊絲用鋼精軋的控冷環(huán)節(jié)。不同熱處理后試樣的顯微組織形貌如圖6所示。由圖6可知：在900 ℃×8 min條件下,以不同冷卻方式對試樣進行熱處理,得到試樣的顯微組織分別為M＋Ar(殘余奧氏體),F＋P＋M－B,F＋P,即在空冷狀態(tài)下便可以產生淡黃色的M－B非平衡組織,說明ER70S－6焊絲中的淡黃色M－B非平衡組織是由精軋后控冷工藝不符合條件所致。 

圖  6  不同熱處理后試樣的顯微組織形貌

2.   改進措施

ER70S－6焊絲用鋼盤條的生產工藝流程為：轉爐＋LF(鋼包精煉爐)精煉＋連鑄＋熱軋。在軋制時采用控軋控冷工藝,加熱溫度為1 200 ℃,將開軋溫度控制為1 020 ℃,精軋溫度控制為900 ℃,進保溫罩溫度為820 ℃,輥道速率為0.1～0.3 m/s,出保溫罩溫度為540～660 ℃[9]。由于該材料的A1為700 ℃,在輥速一定的前提下,在溫度不大于660 ℃時,盤條接點面積較大的地方容易出現(xiàn)實際溫度在A1線附近,使得空冷狀態(tài)下極易生成M－B組織,則應該保證出罩溫度不大于600 ℃。 

3.   結論

(1) ER70S－6焊絲彎折脆斷的主要原因是材料中存在淡黃色的M－B非平衡組織,加上冷變形過程中加工硬化的累積,導致彎折脆斷的發(fā)生。 

(2) 淡黃色M－B非平衡組織是由ER70S－6焊絲用鋼盤條在精軋后控冷工藝不符合條件產生的。 

(3) 在試樣進入保溫罩進行緩冷時,在保溫罩內盤條溫度冷卻到A1點(700 ℃)條件下,通過控制調節(jié)部分風機開口率可以提升過冷度,減小珠光體片層間距,并保證出罩溫度不大于600 ℃,從而提高材料的塑性,并防止產生M－B組織。 

文章來源——材料與測試網