氣保焊絲用熱軋盤條ER50-6E-ZJ具有較低的強度和較高的塑性、韌性以及良好的拉拔性能。其優良的綜合性能主要是基于鋼的合理化學成分設計和軋制過程控軋控冷工藝得以實現。實際生產工藝為轉爐→精煉→連鑄→控扎控冷。焊絲后期加工過程為剝殼—酸洗—水洗—硼化—烘干—粗拉—細拉—鍍銅—分卷—包裝。本鋼生產規格為6.5 mm氣保焊絲用熱軋盤條ER50-6E-ZJ細拉至1.8 mm時出現拉拔斷裂。
1. 母材檢驗及分析
1.1 化學成分分析
本研究斷絲斷口為杯錐狀形貌，如圖1所示。
選取2個斷絲母材試樣，其化學成分見表1，滿足內控標準要求。后續拉拔、焊接等僅使用化學成分符合內控標準的盤條進行加工。冶煉過程進行脫硫預處理，轉爐終點C質量分數控制在0.05%以內，合金化采用低碳錳鐵和低鈣硅鐵，不采用鈣處理，氬站吹氬時間保證5 min以上，保證合金化后的溫度和成分的均勻性。精煉軟吹時間在12 min以上，且低鈣硅鐵在精煉過程加入。連鑄過程采用恒拉速，過熱度控制在35 ℃以內，保證鋼坯的成分控制及鋼坯質量。
1.2 顯微組織及夾雜物
取斷絲母材試樣橫截面和縱截面做顯微組織檢驗和非金屬夾雜物檢測。顯微組織試樣采用體積分數4%硝酸酒精腐蝕。試樣顯微組織主要為鐵素體+珠光體，晶粒度7.5~8.0級，見圖2(b)、3(b)；帶狀組織3.0級，見圖2(c)、圖3(c)。試樣非金屬夾雜物主要是D類球狀氧化物和Ds類大顆粒球狀氧化物，均為1.0級。且試樣面彌散分布A類硫化物夾雜物，見圖2(a)、圖3(a)。
低碳低合金焊絲鋼盤條一般用于拉拔加工，為保證拉拔效果，需要保證盤條較低的抗拉強度和通條穩定性，這需要通過合理的顯微組織來實現。此產品理想組織為鐵素體和少量珠光體，無不良顯微組織，晶粒均勻[1]。實現理想顯微組織構成主要通過控制其化學成分偏析及控軋控冷工藝。化學成分主要控制C、Si、Mn，降低其偏析指數，保證顯微組織的均勻性。控軋控冷工藝主要是采用較低的精軋溫度和吐絲溫度，結合吐絲后快速冷卻，縮短相變孕育期，快速進入相變區；相變過程采用緩冷，所有風機關閉、保溫罩全關，風冷輥道速度保證盤條在出保溫罩前相變結束[2]。較低吐絲溫度，可以抑制ER50-6E-ZJ盤條原始奧氏體晶粒長大，使盤條冷卻時奧氏體開始析出游離鐵素體的溫度升高，由此減小因為C偏析所致的貧Ｃ和富Ｃ區的相變溫度的差異，從而降低各區域的先共析鐵素體析出不同時性，抑制不良組織如帶狀組織的形成。實際生產開軋溫度設定在1010±20 ℃，入精軋溫度880±30 ℃，吐絲溫度880~910 ℃。
斷絲對應盤條母材性能結果見表2。出廠母材性能滿足標準要求。氣保焊絲用熱軋盤條ER50-6E-ZJ主要用于焊接普碳及低合金鋼板。氣保焊絲用熱軋盤條ER50-6E-ZJ與焊接母材的性能要求相匹配，保證后續焊縫及熔敷金屬性能。
對2個斷絲試樣縱向做顯微組織和夾雜物檢驗。如圖4，顯微組織均為纖維狀組織，顯微組織主要為鐵素體+珠光體和被拉斷寬窄不一的帶狀組。夾雜物彌散在試樣表面（未達到評級標準），如圖5所示。
斷絲對應盤條母材及斷絲試樣均有帶狀組織存在。分析實際軋制溫度對應ER50-6E-ZJ連續冷卻轉變C曲線（見圖6）可看出，最佳的吐絲溫度約800 ℃，而實際吐絲溫度880~910 ℃相對較高。吐絲溫度過高，奧氏體晶粒粗大，同時高溫促進了C元素從先共析鐵素體析出區域向周邊擴散，鐵素體–珠光體不均勻交替帶變寬，帶狀嚴重。此外，枝晶偏析是帶狀組織形成的另外一種原因[3]。主要是由于合金元素的偏析和C元素的擴散，沿著軋制方向形成了近似平行的C元素富集帶和貧化帶。貧C區先共析鐵素體析出溫度較高形成了鐵素體帶，C元素被排出到未相變的奧氏體中形成富C區，富C區相變為珠光體組織，最終形成典型的鐵素體–珠光體帶狀組織。后續對鋼坯進行成分偏析檢測和判定。
取斷絲試樣進行斷口低倍形貌分析。如圖7，斷口宏觀形貌為杯錐狀，斷裂源處為解理面的脆性斷口，沿著斷口向四周擴展，擴展處均為韌窩特征，且韌窩尺寸大小不一。對斷絲試樣3和4斷口處進行能譜分析（圖8）。根據能譜分析結果（表3）可看出，斷口處合金元素Si和Mn元素質量分數較高。
連鑄時，受澆鑄溫度、鑄坯冷速等因素的影響，鋼中合金元素結晶過程不均勻，在合金凝固界面處的溶質再分布形成宏觀偏析。偏析程度受到溶質濃度差異和固液相對運動的影響。成分偏析影響連鑄坯的質量并對盤條后續相變產生作用，對ER50-6E-ZJ鑄坯進行化學成分偏析檢測。鑄坯的偏析程度可采用偏析指數表示。
式中，I為某元素偏析指數，為取樣點化學成分測定值，為化學成分測定結果的加權平均值。取樣位置示意圖見圖9。
測定和計算ER50-6E-ZJ中易偏析元素Si、Mn、P和S的偏析指數（圖10）。通過實驗結果分析得出：取樣點偏析程度結果為5點＞2點＞4點＞3點＞點1。且偏析程度測試結果P>S>Mn>Si。在ER50-6E-ZJ鋼中，Mn、P等元素在冶煉后在連鑄坯中偏析部位不同，Mn元素使珠光體的析出溫度降低，P元素則促進鐵素體在高溫下析出，導致不同偏析部位形成的顯微組織也不同。在軋制時連鑄坯中的粗大枝晶沿軋向被拉長并逐漸與軋制方向一致，易使得貧C區和富C區形成鐵素體和珠光體帶。
盤條ER50-6E-ZJ其化學成分偏析和較高的吐絲溫度容易導致盤條產生帶狀組織。因為帶狀組織的存在，氣保焊絲用盤條ER50-6E-ZJ在實際拉拔變形后期，寬帶處珠光體的應變硬化率遠遠高于鐵素體基體珠光體條帶，因為變形不能同步，極易導致在局部產生裂紋，最終導致盤條在拉拔過程中斷裂。
（1）盤條ER50-6E-ZJ化學成分偏析是盤條帶狀組織形成的主要因素，導致后續拉拔斷絲。控制化學成分偏析主要通過采用“低拉碳”操作：開機爐和換包爐次終點控制w(C)≤0.04%，連澆爐次終點w(C)≤0.05%，終點溫度≥1650 ℃；終點氧體積分數控制0.06%~0.09%，目標一次倒爐，嚴格控制點吹率。轉爐出鋼過程中使用錳鐵進行初步調錳，精煉進站時加入低鈣硅鐵經過充分的軟吹氬攪拌，軟吹時間≥12 min，通電過程中對硅錳進行微調，保證合金含量穩定在要求范圍內；維護好轉爐爐型避免出現反應“死區”；保證鋼包底吹效果，合理控制吹氬氣量和吹氬時間提高鋼水均勻性；連鑄全保護澆注，中包低過熱度澆注控制在≤35 ℃，中包滿包澆注，穩定拉速控制在2.4 m/min，合理控制二冷水強度，比水量0段和3段設定為1.0，1段和2段設定1.2，優化鑄坯的組織結構[4]。
（2）較高的吐絲溫度是導致盤條ER50-6E-ZJ產生較寬帶狀組織的主要因素。通過降低吐絲溫度，吐絲后快冷的方式控制帶狀組織形成，吐絲溫度由880~910 ℃調整至780~800 ℃避免了帶狀組織的形成。
文章來源——金屬世界
1.3 性能檢測結果及分析
2. 拉拔斷絲試樣檢驗及分析
2.1 顯微組織及非金屬夾雜物
2.2 斷口檢驗分析
2.3 鋼坯化學成分偏析分析
3. 結束語