侯建偉，唐 慶，董 強(qiáng)，亓奉友，張吉偉

（青島特殊鋼鐵有限公司，山東 青島266409）

1 前言

ER70S-G含Ti焊接用鋼盤(pán)條是采用美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的CO2氣體保護(hù)焊絲鋼，與普通氣保焊絲鋼相比，ER70S-G添加了0.12%～0.26%Ti元素微合金化，可采用大電流焊接，焊接飛濺小、效率高，廣泛適用于汽車(chē)、船舶、橋梁等鋼結(jié)構(gòu)。目前，ER70S-G焊絲鋼主要采用高速線材軋機(jī)生產(chǎn)，Φ5.5 mm盤(pán)條在免退火情況下，經(jīng)酸洗或機(jī)械剝殼、拉拔、鍍銅等工藝加工成Φ0.8～1.2 mm焊絲，其對(duì)盤(pán)條原料的強(qiáng)度和塑性有嚴(yán)格的要求。為保證Φ1.20 mm規(guī)格ER70S-G成品焊絲的抗拉強(qiáng)度在1 200～1 300 MPa，需控制盤(pán)條的抗拉強(qiáng)度在540～600 MPa。但國(guó)內(nèi)大部分廠家為保證ER70S-G盤(pán)條的拉拔性能，生產(chǎn)的ER70S-G盤(pán)條碳含量均控制在0.08%以下，盤(pán)條的金相組織基本全部為F或F+少量P組織，抗拉強(qiáng)度均值在505 MPa，盤(pán)條的拉拔性能較好，但盤(pán)條的抗拉強(qiáng)度較低。拉拔后制成的成品焊絲抗拉強(qiáng)度較低，后續(xù)焊接過(guò)程中，焊絲易抖動(dòng)，造成焊絲熔化不良、飛濺大、焊縫外觀差等問(wèn)題。為提高熱軋態(tài)盤(pán)條的抗拉強(qiáng)度，計(jì)劃通過(guò)雙相區(qū)軋制細(xì)化晶粒，提高最終盤(pán)條的抗拉強(qiáng)度。

2 試驗(yàn)材料與方法

2.1 化學(xué)成分

采用100 t轉(zhuǎn)爐進(jìn)行焊絲鋼冶煉，生產(chǎn)出截面尺寸180 mm×240 mm的矩型坯，再將鑄坯軋制生產(chǎn)出Φ5.5 mm規(guī)格的盤(pán)條，盤(pán)條的化學(xué)成分見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)材料化學(xué)成分 %

2.2 CCT曲線

采用JMatPro軟件測(cè)定試驗(yàn)鋼的CCT曲線，并根據(jù)測(cè)定曲線情況進(jìn)行試驗(yàn)軋制。根據(jù)CCT曲線測(cè)定結(jié)果，測(cè)定的Ar3溫度967℃，Ar1溫度684℃，ER70S-G盤(pán)條在斯太爾摩風(fēng)冷線緩冷可以全部轉(zhuǎn)變?yōu)镕或F+少量P組織，F(xiàn)相變溫度最快點(diǎn)在750～800℃。根據(jù)模擬溫度情況，制定盤(pán)條軋制過(guò)程溫度工藝參數(shù)。

2.3 軋制溫度工藝參數(shù)

鑄坯經(jīng)過(guò)加熱保溫、高壓水除鱗、粗中軋、預(yù)精軋、精軋、雙模塊、吐絲及斯太爾摩延遲型緩冷制成Φ5.5 mm規(guī)格盤(pán)條。盤(pán)條的軋制工藝如表2所示，軋制過(guò)程中采用不同的精軋、雙模塊和吐絲溫度。

表2 軋制過(guò)程溫度 ℃

2.4 試驗(yàn)過(guò)程取樣要求

從盤(pán)條在斯太爾摩風(fēng)冷線運(yùn)行的狀態(tài)來(lái)看（見(jiàn)圖1），在保溫罩內(nèi)，盤(pán)條的邊部和中部位置堆積厚度不同，導(dǎo)致邊部和中部的冷卻速度不同，進(jìn)而使盤(pán)條在吐絲后，邊部散熱整體較中部慢，使盤(pán)條邊部和中部的組織狀況不同。因此，試驗(yàn)檢測(cè)樣品在兩處分別進(jìn)行力學(xué)和金相檢驗(yàn)取樣［1］。盤(pán)條經(jīng)過(guò)矯直后，在WAW-1000C型拉伸試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行抗拉強(qiáng)度和斷面收縮率的檢測(cè)。盤(pán)條進(jìn)行橫向和縱向斷面切割、鑲嵌、磨拋，經(jīng)4%硝酸酒精溶液侵蝕，在ZEISS ImagerA1m型顯微鏡分析顯微組織。

圖1 斯太爾摩風(fēng)冷線

3 試驗(yàn)結(jié)果

3.1 試驗(yàn)過(guò)程溫度

試驗(yàn)軋制過(guò)程溫度整體控制符合試驗(yàn)預(yù)期，具體試驗(yàn)過(guò)程溫度如表3所示。盤(pán)條吐絲后溫度整體變化規(guī)律符合預(yù)期，盤(pán)條在保溫罩內(nèi)緩慢冷卻，保溫時(shí)間超過(guò)850 s，出保溫罩溫度整體低于670℃，盤(pán)條出保溫罩后已全部完成相變。

表3 軋制過(guò)程實(shí)際溫度控制情況 ℃

3.2 力學(xué)性能檢測(cè)

對(duì)盤(pán)條不同方案的邊部和心部分別取樣進(jìn)行抗拉強(qiáng)度和斷面收縮率檢測(cè)。盤(pán)條拉伸性能見(jiàn)圖2，拉伸結(jié)果表明，隨著軋制過(guò)程溫度的降低，盤(pán)條的抗拉強(qiáng)度逐漸升高。方案Ⅰ抗拉強(qiáng)度均值516 MPa，通圈強(qiáng)度極差30 MPa；與方案Ⅰ對(duì)比，方案Ⅱ僅吐絲溫度降低，盤(pán)條抗拉強(qiáng)度提高至537 MPa，通圈強(qiáng)度極差49 MPa；方案Ⅲ在方案Ⅰ基礎(chǔ)上降低雙模塊溫度至830℃左右，盤(pán)條抗拉強(qiáng)度提高至577 MPa，通圈強(qiáng)度極差38 MPa；方案Ⅳ在方案Ⅲ基礎(chǔ)上降低精軋機(jī)和雙模塊溫度，盤(pán)條抗拉強(qiáng)度均值提高至597 MPa，通圈強(qiáng)度極差44 MPa。對(duì)各方案拉伸檢測(cè)盤(pán)條進(jìn)行斷面收縮率測(cè)量，斷面收縮率隨著盤(pán)條抗拉強(qiáng)度的升高而逐漸降低，由方案Ⅰ的85%逐漸降低至方案Ⅳ的82%。

圖2 抗拉強(qiáng)度分布箱線圖

3.3 金相組織情況

從金相組織檢驗(yàn)來(lái)看，所有方案盤(pán)條的組織全部為F或F+少量P，無(wú)M-A組元存在。但方案Ⅲ、Ⅳ存在表層晶粒粗大（7.0級(jí)），心部晶粒細(xì)?。?0.0級(jí)）情況，如圖3a、圖3b所示；盤(pán)條整個(gè)橫截面的組織均出現(xiàn)晶粒不均現(xiàn)象，如圖3c、圖3d所示。方案Ⅰ、Ⅱ晶粒整體較均勻，無(wú)混晶和表層晶粒粗大現(xiàn)象。

圖3 金相組織形貌

4 分析討論

本次試驗(yàn)采用ER70S-G鑄坯進(jìn)行雙相區(qū)軋制，利用先共析鐵素體和形變誘導(dǎo)鐵素體相變機(jī)制，形變導(dǎo)致位錯(cuò)密度的升高，材料的畸變自由能增加，提高奧氏體-鐵素體的相變驅(qū)動(dòng)力，誘導(dǎo)了細(xì)小的鐵素體析出，進(jìn)而提高了相變過(guò)程的形核點(diǎn)，從而加快相變過(guò)程并細(xì)化晶粒尺寸［2］。通過(guò)低溫軋制，盤(pán)條心部晶粒度由8.0級(jí)左右提高至10.0級(jí)，晶粒度大幅提高，盤(pán)條的抗拉強(qiáng)度也大幅升高。但在雙相區(qū)軋制過(guò)程中，盤(pán)條表層出現(xiàn)環(huán)狀晶粒粗大，且隨著軋制過(guò)程溫度（方案Ⅱ920℃→方案Ⅲ840℃）降低和低溫軋制過(guò)程變形量的增大（方案ⅢΦ7.0→5.5 mm，方案ⅣΦ11.0→5.5 mm），環(huán)狀晶粒粗大的深度越大。

分析認(rèn)為造成盤(pán)條環(huán)狀晶粒度不均勻的原因主要是盤(pán)條在雙相區(qū)軋制過(guò)程中，軋制速度（105 m/s）較快，加之雙模塊后的恢復(fù)段相對(duì)長(zhǎng)度較短，使盤(pán)條局部冷卻不均勻，即盤(pán)條在軋制前表層和心部以及表層的各個(gè)位置溫度相差較大，表層溫度較低。表層的溫度低于相變點(diǎn)溫度Ar3，處于奧氏體和先共析體鐵素體兩相區(qū)，在此溫度區(qū)間內(nèi)，奧氏體在較低的未再結(jié)晶溫度下軋制，加之軋制過(guò)程中變形帶的增加，使其隨后相變時(shí)形成等軸、細(xì)小的鐵素體晶粒。先共析鐵素體晶粒軋制變形，位錯(cuò)密度升高，產(chǎn)生回復(fù)，形成亞結(jié)構(gòu)［3］。儲(chǔ)存了大量形變能的先共析鐵素體在隨后的冷卻過(guò)程中將通過(guò)晶粒長(zhǎng)大進(jìn)行釋放，而這種晶粒的長(zhǎng)大是通過(guò)晶界遷移進(jìn)行的，是大晶粒吞并小晶粒的過(guò)程，加之盤(pán)條的組織為F或F+少量P組織，晶界在遷移過(guò)程中阻力較小，這樣先共析鐵素體就會(huì)吞并由變形奧氏體轉(zhuǎn)變成的細(xì)小鐵素體，從而形成表層晶粒粗大。

對(duì)于ER70S-G類(lèi)含Ti焊接用鋼盤(pán)條，在進(jìn)行雙相區(qū)軋制時(shí)，可以提高盤(pán)條的晶粒度，最終實(shí)現(xiàn)盤(pán)條強(qiáng)度的提高。但若盤(pán)條組織為F或F+少量P組織時(shí)，后續(xù)斯太爾摩緩冷線通過(guò)在較高溫度下保溫緩冷，形變過(guò)程中晶粒儲(chǔ)存的變形能，通過(guò)晶界遷移，大晶粒吞并小晶粒過(guò)程釋放，最終將導(dǎo)致盤(pán)條表層晶粒粗大。

5 結(jié) 語(yǔ)

對(duì)ER70S-G含Ti焊接用鋼盤(pán)條進(jìn)行雙相區(qū)軋制，盤(pán)條邊部會(huì)出現(xiàn)環(huán)狀晶粒粗大，影響焊絲生產(chǎn)廠家后續(xù)拉拔連續(xù)性。目前來(lái)看，通過(guò)控軋控冷條件，難以在保證盤(pán)條晶粒均勻的情況下，較大幅度提高盤(pán)條的抗拉強(qiáng)度。若需要較大幅度的提高ER70S-G含Ti焊接用鋼熱軋盤(pán)條的抗拉強(qiáng)度，需適當(dāng)提高盤(pán)條中C、Si、Mn、Ti等元素的含量。