ER70S—6气保焊丝钢的拉拔性能研究

ER70S—6气保焊丝钢的拉拔性能研究
介绍了抗拉强度对ER70S-6焊丝钢拉拔性能的影响，采用数理统计的方法分析出日钢焊丝钢盘条在抗拉强度上存在的问题，通过优化开轧温度、吐丝温度和冷却速度来降低盘条的抗拉强度，提高产品拉拔性能。

标签：焊丝钢；拉拔性能；抗拉强度
1、前言
ER70S-6属于镀铜低合金钢气体保护焊丝，采用CO2或富氩作保护气体进行施焊，具有焊接效率高、焊接成本低和焊缝质量好等优点[1]，该牌号焊丝广泛应用于桥梁、锅炉、船舶、车辆制造以及各类工程机械行业，是国外常用的气体保护焊丝品种，按照美国焊接协会AWS A5.18要求控制化学成分。

近年来随着焊丝拉拔设备的不断改进和焊接质量要求的大幅提高，用户对ER70S-6气保焊丝钢盘条的需求量呈逐年上升趋势，同时对该产品的拉拔性能提出了更为严格的要求，部分焊丝拉拔企业更是对该牌号盘条的抗拉强度提出了明确的控制范围。

为了获得良好的拉拔性能，需要精细控制冶炼、连铸、轧制和冷却等工艺过程，才能得到化学成分均匀、组织状态良好、表面质量优良、通条性能稳定的盘条[2]。

2、化学成分控制
焊丝拉拔企业要求不经过热处理直接由Φ 5.5 mm规格的ER70S-6盘条拉拔成0.8 mm～2.2mm规格的焊丝，这就需要母材既能保证较低的抗拉强度、较高的韧性又能保证力学性能和焊缝质量，且成品在焊接时不产生飞溅、气泡，因此对该钢种的化学成分有严格的要求。

由于盘条的化学成分对盘条的力学性能和金相组织有不同程度的影响，钢坯中碳、硅和锰含量越高，经热轧后的抗拉强度就越高，伸长率就越低，且容易产生不易拉拔的淬火组织。

为此，在满足国标化学成分的基础上，日钢对影响力学性能的主要元素含量进行了内控，从而为确保ER70S-6盘条的拉拔性能和焊接性能奠定了良好的基础。

成分设计如表1所示。

3、力学性能分析
ER70S-6焊丝钢的力学性能是影响其拉拔性能的重要原因之一，由焊丝拉拔企业反馈的信息得知，焊丝的抗拉强度低于500MPa，拉拔性能良好，但由于焊丝强度偏低，在自动焊接时会出现送丝不畅的情况，不利于焊接；焊丝的抗拉强度高于550MPa时，拉拔模具损耗大且容易发生拉拔断裂。

经过分析山东、常州、上海等地重点焊丝拉拔企业的生产数据得知，ER70S-6盘条的抗拉强度在500-530MPa范围时，拉拔性能良好。

对日钢6月份生产的247炉ER70S-6-RG盘条进行力学性能统计分析，盘条
头部、尾部抗拉强度的过程能力如图1、图2所示。

根据统计结果，盘条头部抗拉强度的过程能力指数CPK为1.22，盘条尾部抗拉强度的过程能力指数CPK为1.27，均属于B及标准（1.33>CPK≥1.0），状态一般，应采取相关制程措施将其提升为A级（1.67>CPK≥1.33）。

从图1、图2也可以看出，盘条头尾抗拉强度集中在530-540MPa范围的炉次比较多，實际计算结果显示头部抗拉强度在500-530MPa占50%，尾部在500-530MPa占49%，头部抗拉强度在531-540MPa占40%，尾部在531-540MPa占43%。

为提高日钢ER70S-6-RG盘条的整体拉拔性能，需要对现有生产工艺进行优化，使抗拉强度在500-530MPa的比例由目前的50%左右提高至90%以上。

4、生产工艺分析及优化
4.1 主要工艺流程
ER70S-6焊丝钢盘条生产工艺：铁水→混铁炉→转炉→LF炉→连铸→钢坯加热→控轧控冷→斯太尔摩线冷却→成品检验→出厂。

ER70S-6焊丝生产工艺流程：热轧盘条→机械剥壳→在线酸洗→水洗→硼化处理→粗拉→精拉→表面处理→镀铜→抛光→检验→包装。

4.2 化学成分分析
ER70S-6焊丝钢各化学元素中对抗拉强度影响最为显著的是C、Si、Mn的含量，下图对6月份生产的247炉ER70S-6-RG盘条进行C、Si、Mn过程能力分析，由图可知，C、Si、Mn含量均在内控范围以内且按照标准下限进行控制。

经统计分析，C含量0.06～0.08%占总数的95%，Si含量0.84～0.89%占总数的93%，Mn含量1.43～1.49%占总数的87%，符合低碳、低硅、低锰的要求。

4.3 控冷工艺分析及优化
（1）开轧温度的控制。

由相变原理可知，转变前奥氏体晶粒度对相变特性具有很大的影响，粗大的奥氏体晶粒能明显推迟相变终了线，即使采用缓慢冷却也有可能出现马氏体组织，因此控制奥氏体晶粒的大小是ER70S-6气保焊丝钢质量控制的关键。

为有效控制奥氏体晶粒度，生产上一般采用低温轧制工艺，即降低开轧温度和终轧温度。

根据该牌号钢种的特点，日钢在生产ER70S-6焊丝钢时将均热段温度由之前的1100-1180℃修改为1050-1120℃，为进一步降低该牌号的抗拉强度，在实际生产中均热段温度应该按照1050-1090℃进行控制，从而使开轧温度控制在1000-1050℃，同时合理设定轧机间水箱水量来控制终轧温度，避免奥氏体晶粒粗大而产生贝氏体组织。

（2）吐丝温度的控制。

ER70S-6盘条的金相组织主要为铁素体+珠光体组织，由于钢中锰、硅的含量较高，使其“CCT”转变曲线向右下方移动，推迟并延长了转变时间[3]。

焊丝钢盘条的拉拔特性要求其必须具有较低的抗拉强度和较高的
韧性，所以吐丝温度不宜控制过低，以免造成析出铁素体晶粒过小，珠光体片间距过小导致抗拉强度过高，拉拔性能不良。

日钢生产实践表明，吐丝温度低于900℃时盘条表面即出现红锈，不仅影响外观质量，焊丝拉拔企业在加工时还会出现盘条氧化铁皮去除不净、拉拔丝表面发黑的情况。

当吐丝温度高于930℃时，盘条表面氧化铁皮易脱落产生二次氧化，同样会出现氧化铁皮去除不净、影响拉拔质量的情况。

经过反复试验，吐丝温度控制在9000～920℃，不仅可以得到均匀的铁素体和珠光体组织（图4），同时可以满足用户对拉拔性能的要求。

现场生产时应合理调节各冷却水箱的水量，保证最佳吐丝温度，稳定盘条的力学性能，
图4 ER70S-6盘条头部、尾部金相组织200 X
（3）冷却速度的控制。

为使ER70S-6细晶奥氏体转变分解得到铁素体和珠光体组织，在控制吐丝温度的同时，还需对冷却速度进行控制，如果控制不当，则会产生大量的低温组织，不利于焊丝钢的拉拔加工性能。

实验表明，当冷却速度小于1℃/s时，可得到铁素体和珠光体组织，当冷却速度大于1℃/s时，组织中有少量贝氏体出现[4]。

为保证相变区冷却速度，风冷辊道四个平面的速度控制在150/220/300/400mm/s，风机全部关闭，一二三平面加盖保温罩。

经实际测量，ER70S-6盘条进保温罩温度800-840℃（非搭接点）、850-880℃（搭接点），出保温罩温度400-450℃（非搭接点）、550-600℃（搭接点），冷却速度0.96℃/s。

为了让搭接点处盘条在保温罩内完成相变，吐丝温度按照标准下限进行控制，同时风冷辊道速度降低为150/180/220/350mm/s，更换保温效果更好的保温罩，以此来提高产品整体质量、改善拉拔性能。

5、结语
（1）ER70S-6焊丝钢盘条抗拉强度超过530MPa炉次过多是影响其拉拔性能的主要原因，在化学成分满足要求的情况下，通过优化控冷工艺来降低盘条抗拉强度。

（2）降低开轧温度，同时合理设定轧机间水箱水量来控制终轧温度，从而避免因奥氏体晶粒粗大产生贝氏体组织，影响盘条拉拔性能。

（3）为避免焊丝钢盘条不出现影响拉拔性能的低温组织，生产中采用降低吐丝温度和辊道速度，同时更换保温罩等措施，确保盘条冷却速度小于1℃/s。

参考文献：
[1] 吴树雄.金属焊接材料手册[M]. 北京：化学工业出版社，2008：5-6.
[2] 张素萍，王勇.ER70S-6 盘条拉拔断裂原因分析.河北省冶金学会轧钢技术与学术交流会.
[3] 宋维锡.金属学（第二版）[M] .北京：冶金工业出版社，2000.408.
[4]丁华，刘雅政，张立芬. 控冷工艺对ER70S-6钢相变和组织的影响[J].金轧钢，2002，19（1）：15-17.。