70 kg級焊絲用盤條拉拔斷絲分析

陳占杰 鄭建道 楊曉奇 丁蘭峰

（安陽鋼鐵股份有限公司）

0 前言

高強度焊絲以其優良的焊接性能和工藝適應性能，廣泛應用于各類結構工程、橋梁、壓力容器和鋼結構建筑等行業，且用量呈逐年增加的趨勢[1]。安陽鋼鐵股份有限公司第一煉軋廠（以下簡稱“安鋼第一煉軋廠”）有多年生產焊絲用盤條的經驗，目前生產60 kg、70 kg、80 kg級焊絲用盤條，產品的殘余元素少，有害氣體含量低，實物得到了用戶認可?？紤]環保、成本等因素，部分下游用戶在使用70 kg級焊絲用盤條不再進行退火處理，而是直接拉拔至Φ1.2 mm成品。但在拉拔過程中卻出現斷絲率高的問題，大大降低了焊絲的生產效率。筆者通過FEI QUANTA 200掃描電子顯微鏡、ZEISS Observer A1m光學顯微鏡等儀器對斷裂試樣進行了斷口掃描和顯微組織檢測，以分析其產生斷裂的原因，達到改進焊絲用盤條的生產工藝和提升產品質量的目的，同時為下游用戶的使用提供參考。

1 試驗材料

焊絲常用的加工工藝過程：機械剝殼→粗拔→細拔→鍍銅→分卷→包裝。斷絲主要出現在細拔工序，斷絲規格為Φ1.2～1.5 mm。

安鋼第一煉軋廠生產的70 kg級焊絲熱軋盤條的化學成分穩定，其成分控制見表1。

表1 化學成分控制（質量分數） %

拉拔斷絲試樣如1圖所示。斷絲試樣宏觀形貌可以分為兩種：一種為杯錐狀斷口，另一種為斜茬狀斷口。杯錐斷口也稱子母斷口，試樣一端端頭凸起，另一端凹陷；斜茬斷口一般邊部起裂，隨著拉拔加工的進行，邊部裂紋擴展后斷裂，宏觀可見。

圖1 焊絲拉拔斷絲試樣

2 顯微組織分析

試樣經切割鑲嵌制樣后，用4%硝酸酒精溶液腐蝕，利用ZEISS Observer A1m光學顯微鏡進行金 相組織觀察（斷口放大不同的倍數），如圖2所示。

圖2 試樣金相組織

從圖2可以看出，杯錐狀斷口橫向組織（放大50倍）和縱向組織（放大200倍）的心部已經出現裂紋，裂紋的存在和擴展造成杯錐狀斷絲。高強度焊絲用盤條化學成分合金含量高，部分合金元素在推遲相變的同時改變了珠光體轉變區域，組織控制較難[2]。在生產過程中易出現異常組織，心部存在貝氏體、馬奧島組織，屬于硬相組織，拉拔時不易變形[3]。隨著拉拔加工的進行，邊部和心部組織變形能力不同，造成心部先產生裂紋，裂紋擴展最終形成杯錐狀斷絲。拉拔過程中，鐵素體等基體組織隨著拉拔進行被拉長、變細，而馬奧島等硬相組織不變形，在其周邊產生小裂紋，裂紋會隨著拉拔的進行而進一步擴展（杯錐狀斷口縱向組織放大500倍）。斜茬狀斷口橫向組織（放大200倍）的邊部已存在裂紋，裂紋均為撕裂形貌，存在部分金屬流變現象，從表面向里擴展，隨著拉拔的進行，裂紋進一步擴展，最后形成斜茬狀斷口。

3 電鏡觀察

針對表面裂紋引起的拉拔斷裂，進一步分析產生的原因，利用Quanta 200掃描電子顯微鏡對斜茬狀斷絲試樣斷口進行檢測。試樣經切割后進行超聲波清洗，然后觀察其斷口及附近表面情況，形貌如圖3所示。

圖3 斜茬斷絲電鏡觀察

從圖3可以看出，1#斷絲斷口附近表面已出現裂紋；進一步放大觀察倍數，可以看到表面有較多的“人字形”裂紋；在2#試樣的斷絲表面處觀察到對應的裂紋缺陷。裂紋形貌為單側連續規律性“人字”裂紋，為常見拉拔缺陷，產生的原因為材料滿足不了加工工藝要求或者材料拉拔接觸表面潤滑不良、模具有擦碰材料、道次壓縮率過高、拉拔角度偏斜的情況等[4]。值得注意的是盤條在拉拔過程中，模具局部潤滑不良、擦碰、拉拔角度偏斜等問題均易造成材料表面產生律性“人字”裂紋。隨著拉拔的進行，表面裂紋進一步擴展，最終發展成斜茬斷口。

4 分析與討論

下游用戶在使用高強度焊絲時，根據盤條的表面質量狀況和抗拉強度，選擇合適的退火處理工藝和拉拔加工工藝。70 kg級焊絲用盤條在生產控制中，由于合金對組織轉變的影響，在緩慢冷卻條件下也會生成硬相的貝氏體或馬奧島組織，且心部的硬相組織含量更多。在不退火處理拉拔過程中，易變形的基體組織在硬相組織周圍塑性流動時，產生較大的張力，使基體與硬相組織界面的連接斷裂或者脆硬組織自身斷裂形成顯微裂紋。隨著拉拔的進行，盤條心部大量的顯微裂紋在拉應力的作用下，不斷聚集、長大，最終導致心部首先發生斷裂，產生杯錐狀斷絲。70 kg級焊絲用盤條在拉拔過程中，盤條的抗拉強度高、變形抗力大，拉拔較難于進行。這就對拉拔模具及潤滑條件等的要求更加苛刻。高強度焊絲用盤條在拉拔過程中，因模具局部潤滑不良、擦碰、角度等問題造成表面產生裂紋時，裂紋隨著拉拔會進一步擴展斷絲，造成斜茬狀斷絲。

盤條在拉拔加工過程中，生產工藝不合理也會造成斷裂，如拉拔力、拉拔速度、拉絲模角度和壓縮率等參數選擇不當。因此，拉拔工藝的制定應充分考慮各種工藝參數的合理配置[5]。

對高強焊絲因硬相組織造成的杯錐狀斷口，建議退火處理后再進行拉拔使用。如不進行退火處理加工，建議用戶采用增加相應的拉拔道次和降低拉拔速度來減小道次變形量或變形速率。同時，通過在高強盤條生產軋制時對其進行控制冷卻，避免或減少硬相組織、減少同圈抗拉強度差值等，提高焊絲產品的可加工性能。通過相應的生產試驗和用戶工藝的完善，降低了裂紋出現的風險，減少了高強焊絲生產斷絲率。

5 結語

70 kg級高強度合金焊絲用盤條在不退火處理下使用出現斷絲，主要有杯錐狀斷絲和斜茬狀斷絲。針對杯錐狀斷絲，建議增加拉拔道次、降低拉拔速度等手段來減少斷絲發生率。改善潤滑條件，避免出現斜茬狀斷絲。