ER50-6焊絲用盤條拉拔后期產生“毛刺”原因分析

供稿|申延軍 / SHEN Yan-jun

內容導讀

ER50-6盤條在拉拔過程部分表面出現毛刺，繼而發生斷裂。采用光學顯微鏡、掃描電子顯微鏡及能譜儀對缺陷試樣進行實驗分析。結果表明，一方面ER50-6JQ盤條在拉拔過程，磨具損傷導致盤條表面的劃傷是引起后續盤條表面“毛刺”的原因之一；另一方面鋼內部大量的耐火材料、脫氧產物及保護渣的夾雜物是誘發“毛刺”的另一原因。通過做好拉拔模具的潤滑工作及加強煉鋼過程非金屬夾雜物控制等措施可顯著改善ER50-6的產品質量。

ER50-6氣保焊絲用盤條適用于碳鋼及500 MPa級低合金鋼的單道及多道焊接，也可用于薄板、管線鋼等的高速焊接[1]。ER50-6氣保焊絲用熱軋盤條質量直接影響后續拉拔性能及成品絲的使用性能[2]。在拉拔后期，盤卷局部出現連續的“毛刺”，本文對產品缺陷產生的原因進行了分析。

缺陷特征

缺陷試樣表面如圖1所示，體視顯微鏡觀察產品表面有連續小“毛刺”。

φ5.5 mm的ER50-6盤條拉拔至φ3.4 mm，盤條表面出現類似“皴裂”樣的一排小毛刺，且在毛刺一側有明顯可見劃傷的痕跡，如圖1(a)所示。盤條經過酸洗后可以清楚看到劃痕，如圖1(b)所示。由劃傷形態推測是后期模具的劃傷所致。盤條有的部位出現大毛刺，隨著后續拉拔大毛刺被拉起發生“露肉”，如圖1(c)所示。“露肉”部位隨著拉拔被拉長，如圖1(d)所示。

實驗分析

金相檢驗

采用光學顯微鏡觀察缺陷盤條試樣，如圖2所示。由圖2可以看出，通過對拉拔后試樣縱向的顯微組織觀察，組織形式為正常的F+P，且拉拔后的珠光體及鐵素體條帶比較均勻，如圖2(a)所示。對橫向試樣組織觀察，邊部存在向內部擴展的裂紋，如圖2(b)所示。圖2(c)和2(d)顯示“毛刺”試樣縱截面根部均有擴展裂紋存在，伸向基體內部。

圖2 缺陷盤條試樣金相照片

表1為拉拔后盤條試樣夾雜物檢測結果，氧化物和硅酸鹽類夾雜較為突出。氧化物最大級別2.0級，硅酸鹽1.5級。

表1 夾雜物評定表

電鏡分析

截取部分盤條試樣通過掃描電鏡觀察分析，如圖3和圖4所示。

由圖3(a)可以看出，試樣斷口形貌為斜斷口，且斷裂源處位于 “毛刺”處，如圖3(b)所示。斷口表面有明顯裂紋，如圖3(c)所示，且斷裂處于“平臺”，有孔洞存在，如圖3(d)所示。

由圖4(a)和4(b)可以看出，斷裂源處成分主要為Mg 、Al 、Si、Ca和O等元素，表明其為耐火材料、脫氧產物及保護渣的夾雜物，其熔點和硬度都很高，不易變形，為脆性夾雜物。而“毛刺”根部主要成分為Na、K、Si、Ca和O等元素，說明其為脫氧產物和保護渣夾雜物，如圖4(c)和4(d)。

原因及措施

盤條拉拔過程中表面劃傷是斷裂的根源。盤條在拉拔過程發生加工硬化，產生較大內應力，在斷裂源處首先萌生小裂紋，繼而發生擴展，盤條皮下夾雜的連續性導致了連續“毛刺”的出現。裂紋沿著脆弱的“毛刺”根部開始擴展，在存在“孔洞”的“平臺”處斷裂。分析產生裂紋的原因：(1)ER50-6盤條在拉拔過程中磨具損傷導致盤條表面的劃傷；(2)鋼內部大量的耐火材料、脫氧產物及保護渣的夾雜物誘發。

針對缺陷產生的原因，可以采取以下措施：(1)下游用戶在進一步加工時，做好拉拔模具的潤滑工作，定期更換磨損模具，使得線材均勻，避免出現磨損斷裂等問題。(2)加強煉鋼過程耐火材料、脫氧產物及保護渣的夾雜物控制。開澆爐次及換包過程及時發現結晶器保護渣給予清除。(3)開機前調整好中包氬氣量，防止中包澆注孔附近液面的劇烈波動。中包澆注過程中，其深度不小于600 mm，防止下渣。采用恒定拉速進行澆注。

結束語

高速線材是鋼廠軋制中一個主要品種，絕大多數線材都需要進行拉拔處理。通過對拉拔過程中發生斷裂的斷頭處進行金相、電鏡、成分分析，發現模具損傷和鋼材中的耐火材料、脫氧產物、保護渣的夾雜物是誘發“毛刺”進而造成斷裂的主要原因。為此技術人員采取對拔絲設備進行改進、強化煉鋼連鑄過程夾雜物控制等措施，減少了軋鋼過程中的廢品率，為拔絲廠提供了優質原料，且ER50-6產品質量明顯提升，客戶反饋鍍銅后ER50-6焊絲表面無“毛刺”現象。