含鈦焊絲鋼盤條拉拔斷裂原因分析

盧 偉 永

（1河鋼集團宣鋼公司，河北 宣化075100；2河北省鋼結構用鋼工程技術研究中心，河北 宣化075100）

1 前言

含鈦焊絲由于采用了Ti微合金化，焊接飛濺小、焊縫平整美觀，因此廣泛適用于大電流、高速焊接，如汽車、船舶、橋梁等鋼結構的自動焊接［1-2］。宣鋼含鈦焊絲鋼盤條采用摩根五代高速線材軋機生產，在免退火條件下，Φ5.5 mm規格盤條經酸洗（機械除鱗）去除氧化鐵皮、拉拔、鍍銅等工藝加工成Φ0.8～1.2 mm規格焊絲。近期，宣鋼生產的含鈦焊絲鋼盤條在某客戶拉拔加工時出現了頻繁斷裂現象，為此對斷裂試樣進行檢測分析，以期找出原因并加以改進。

2 斷口宏觀形貌

斷口附近無明顯機械損傷，斷口為杯錐狀（見圖1），一端為尖錐形，一端為杯托狀，錐頂為脆性斷裂，有明顯的撕裂棱；錐身為韌性斷裂，所占區域較小；錐底為脆性斷裂，所占區域較大，且與錐身交界處有明顯的裂紋。對斷裂試樣進行縱剖，采用德國蔡司Stemi2000-c體視鏡在50倍下觀察斷口附近縱截面形貌（見圖2）。從圖2可見，斷口附近存在朝拉拔方向的“V”型裂紋。

圖1 斷口宏觀形貌

圖2 斷口附近縱截面低倍檢測

3 理化檢測與分析

3.1 化學成分分析

對拉拔斷絲樣進行化學成分檢測，結果見表1。斷絲樣的化學成分符合內控標準要求。

3.2 力學性能

取斷裂試樣的母材盤條進行力學性能檢測，結果見表2。母材盤條的抗拉強度和斷面收縮率均滿足內控標準要求，但抗拉強度波動較大。

表1 含鈦焊絲鋼斷裂試樣化學成分和氣體含量（質量分數） %

3.3 夾雜物檢測

對斷口進行能譜分析，未發現夾雜等異常物。對斷裂試樣和盤條進行非金屬夾雜物檢測，結果見表3。從表3可以看出，斷裂試樣和母材盤條的非金屬夾雜物均為細系夾雜物且級別不高，因此，非金屬夾雜物不是造成斷絲的主要原因。

表2 母材盤條力學性能

表3 非金屬夾雜物檢測結果

3.4 顯微組織

取斷裂試樣分別進行橫截面和縱截面金相檢測，結果如圖3所示。由圖3a可以看出，斷裂試樣橫截面存在大量硬質相，拉拔加工時，鐵素體組織隨著拉拔道次進行塑性變形，而硬質相由于不變形或變形能力差，圍繞硬質相因變形不均而產生微裂紋，如圖3b所示。微裂紋產生以后，隨著變形程度增加，裂紋源不斷擴大，最終導致拉拔斷裂。

圖3 斷裂試樣金相組織

圖4 所示為該焊絲鋼同一圈盤條不同部位所對應的組織，在抗拉強度較低的部分（535 MPa）對應的是粗大的鐵素體＋珠光體的組織；而在抗拉強度較高的部位（705 MPa）對應的是細小的鐵素體＋貝氏體+馬奧島的組織。

圖4 盤條金相組織

由于貝氏體和馬奧島中的馬氏體都屬于在較低溫度發生的切變型相變的產物，本身強度較高，容易造成材料的抗拉強度升高。而造成同一圈盤條抗拉強度出現巨大差異的原因與盤條的生產方式特點有關［3-4］。如圖5所示，盤條經軋制、吐絲后在輥道上堆疊，出現盤條排列密集的搭接點位置和盤條排列松散的非搭接點位置，且排列密集程度由盤卷中部向兩邊逐漸遞增。這種排列密集程度的不同將導致盤條在冷卻過程中出現溫度和冷卻速度的不同。圖6為宣鋼焊絲鋼盤條出保溫罩后，由紅外線成像儀拍攝的盤條溫度分布情況，可以明顯看出盤條搭接點位置的溫度顯著高于非搭接點位置的溫度，由此也可知道兩個部位的冷卻速度也存在明顯差異。

圖5 盤條在風冷輥道上的堆疊情況示意圖

圖6 盤條出保溫罩后的溫度分布

4 結論

4.1 組織中存在的大量硬質相—貝氏體和馬奧島，是造成盤條拉拔斷裂的主要原因。

4.2 含鈦焊絲鋼盤條在軋后緩冷過程中，搭接點和非搭接點的冷卻速度差異是造成抗拉強度極差大和組織中產生大量硬質相的主要原因。

4.3 減小搭接點和非搭接點的冷卻速度差異可以采取調節吐絲效果、優化輥道速度、加強相變過程的保溫等措施。