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含鈦Ti低合金高強度焊絲鋼軋制工藝的優化
發布人：上海艾荔艾金屬材料有限公司www.jshcn.cn
更新時間：2014-09-19
含鈦Ti低合金高強度焊絲鋼：ER55-Ti BZJ55-Ti BZJ80焊絲鋼 BZJ70-G BZJ70焊絲鋼 ER55-D2-Ti BXY50-G BZJ60-Ti ER50-Ti G60焊絲鋼 BZJ55-D2
?? 1、前言
隨著國民經濟的特別是焊接自動化的的蓬勃發展，市場上所需氣保燥絲的需求量急劇上升。Ti憑借其細化晶粒、提高強度、改善冷成型和焊接性能等特點成為低合金高強焊絲鋼中不可或缺的成分。本鋼集團北營鋼鐵（集團）股份有限公司軋鋼廠第四高速線材（以下稱四高線）從2011年開始研發10余個牌號含Ti焊絲。本文主要介紹對含Ti高強度焊絲鋼軋制工藝的優化。目的為進一步降低盤條物理性能波動范圍，獲到良好的塑性和適宜的強度，保證用戶的拉拔性能。
2、Ti合金對鋼材性能的影響
2.1、Ti與氣體元素的化合
由于Ti的化學活性很大，易和N、O等形成化合物。Ti與O的親和力很強，鋼液必須用鋁充分脫氧后，才能加入Ti。Ti與N高溫下形成非常穩定的TiN，在熱加工前的再加熱過程中抑制奧氏體的晶粒長大。
2.2、Ti對鋼材力學性能的影響
強度對Ti含量十分敏感，容易引起性能波動。Ti含量對強度影響的三個階段，起三種不同的主要作用：（1）微量Ti（＜0.04%）時，主要形成TiN而形成的TiC含量很少，此時的Ti沉析出強化作用很小，起細化晶粒作用；（2）中等Ti含量（0.04%-0.08%）時，超出TiN理想化學配比的Ti固溶在鋼中，以細小TiC質點形式析出，起到析出強化作用。細小TiC的數量增加，強烈的TiC析出強化作用導致鋼的強度隨Ti含量增加而顯著升高。（3）較高Ti含量（0.08%-0.15%）時，隨Ti含量增加，鋼中細小TiC析出受轉變溫度影響，轉變溫度越高，析出顆粒失去共格性關系的傾向就越大，并通過擴散長大，減弱析出強化。非共格析出物數量增加，減弱了析出強化效果，鋼的強度增加趨平緩。
Ti還與S結合生成顆粒狀分布的Ti4C2S2，改變了硫化物夾雜形態，改善鋼材的縱橫性能差。同時也減弱了Ti的析出強化，起沉淀析出強化作用，故Ti同時具有細化晶粒和改變夾雜物形態的作用。
微合金鋼的強度主要由固溶強化、晶粒細化和沉淀析出強化三方面組成。對于含Ti低碳高強度傳絲鋼來說晶粒細化和析出強化對盤條強度起重要作用。
3、含Ti焊絲鋼種類
表1：四高線所生產含鈦焊絲明細
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鋼種
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Ti%
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ER55-Ti
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0.04-0.08
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BZJ55-Ti
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0.04-0.08
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BZJ80
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0.04-0.09
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BZJ70-G
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0.04-0.09
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BZJ70
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0.04-0.09
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ER55-D2-Ti
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0.08-0.12
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BXY50-G
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0.07-0.15
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BZJ60-Ti
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0.08-0.17
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ER50-Ti
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0.12-0.16
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G60
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0.08-0.12
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BZJ55-D2
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0.08-0.12
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由表可知中等含Ti量的鋼種有五個，其余均為較高含Ti焊絲。
4、軋制
4.1、軋制工藝流程
根據四高線的設備情況，選擇的軋制工藝流程如下：150mm×150mm連鑄坯→步進式加熱爐→高壓水除鱗→1#~4#粗軋（一）→脫頭輥道→5#~8#粗軋（二）→9#~14#中軋→15#~18#預精軋→預水冷箱→19#~28#精軋→精軋后1#、2#、3#水冷箱→吐絲→斯太爾摩風冷線→集卷→檢驗→包裝→入庫。
4.2、含Ti低合金焊絲鋼連續冷卻曲線
由圖3可知奧氏體按不同的冷卻速率可轉變成塊狀鐵素體、片層狀珠光體、粒狀貝氏體。在鐵素體相變期間，以較慢的冷卻速率轉變可增加鐵素體體積分數。在緩慢的冷卻速率下，影響相變的直接因素有吐絲溫度、鐵素體相變開始溫度、珠光體相變結束溫度及相變冷卻速率。禮制后要以較低的冷卻速率進行緩冷，相變區間冷卻速率應小于1℃/s。目的是得到鐵素體+珠光體的組織，盡量避開貝氏體區。在控冷工藝參數的控制上，主要有吐絲溫度、風冷速度的控制。
4.3、軋制工藝
通過點巡檢制度及時處理設備隱患，合理設定各項工藝參數，保證軋線連續出鋼是實現優化工藝的關鍵。工藝優化主要高線軋制開軋溫度、吐絲溫度及風冷速度的控制。
4.3.1、軋制溫度的控制
由于加熱溫度越高，鋼的變形抗力越小。但為有效地控制奧氏體晶粒度，獲得良好的金相組織，應適當的降低軋制溫度.由于合金元素的加入，根據該鋼種的特點以及生產經驗，將其開軋溫度控制在1000-1020℃范圍內，可達到良好的軋制效果。
4.3.2、吐絲溫度的控制
由于鋼中合金元素的含量較高，使其“CCT”轉變曲線向右下方移動，推遲并延長了轉變時間。吐絲溫度較高時，盤條的抗拉強度波動范圍較大，導致組織尺寸不均勻，對焊絲拉拔產生不良影響。過低吐絲溫度的使入罩溫度降低，會導致奧氏體向鐵素體轉變在入罩前開始，造成鐵素體相變時間不足，減少了鐵素體在金相組織中的含量。因鋼中細小TiC析出受轉變溫度影響，轉變溫度越高，析出顆粒失去共格性關系的傾向就越大，減弱了析出強化效果，鋼的強度增加趨平緩。
最終將吐絲溫度控制800-820℃，從而獲得良好的拉拔性能。
4.3.3、冷卻制度控制
為使該鋼種細晶奧氏體轉變分解得到鐵素體加珠光體組織，在控制吐絲溫度的同時，采用延遲型控冷工藝，將斯泰爾摩冷卻線全部加蓋保溫罩，用阻燃物填堵保溫罩間的縫隙；風機全關，為防止風道內形成對流，對風口處加以密閉；考慮四高線風冷線實際，在輥道尾部增加一個保溫罩并嚴格控制輥道的速度。
5、效果
四高線通過實行優化后的生產工藝，含Ti高強度焊絲鋼物理性能波動下降30%，得到的金相組織主要為鐵素體+珠光體+少量貝氏體組織，見圖4所示。盤條具有良好的塑性，部分中等含鈦量焊絲鋼可以免除退火工藝，降低了勞動強度和生產成本。
6、結論
根據不同Ti含量對鋼的組織性能的影響，結合現有工藝設備，制定工藝優化點。通過落實優化措施，有效降低了含Ti焊絲盤條的物理性能波動，部分產品節省了退火工序，降低了勞動強度和生產成本。
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