实芯焊丝拉拔过程中的热处理工艺介绍

喻兰英 罗 宏 罗昌森

(1.四川理工学院材料与化学工程学院，四川643000；2.材料腐蚀与防护四川省高校重点实验室，四川643000)

焊丝生产主要由热处理、表面处理、拉拔和镀层四大工序组成[1]。焊丝在经过多道次拉拨过程中，易产生加工硬化，使其强度和硬度升高，影响后续的拉拔，因此热处理是其生产中的关键性工序，可以改善其组织结构，提高焊丝的塑性以利于后续的拉拔。

1 低碳合金结构钢

常用的低碳合金钢焊丝有H08Mn2SiA、ER110S-1等，含碳量0.1(质量分数，%)左右，其组织为铁素体+珠光体，这类钢第二相的形状、数量和分布对塑性有很大的影响[2]。因此这类钢宜采用球化退火使片层状的珠光体转变成球状珠光体，从而提高材料的断裂强度和塑性并有利于后续的拉拔[3]。据文献[4～6]介绍，对于低碳钢，在A1温度以上碳化物短时间内便可溶解，经等温球化退火在A1温度以上保温冷却后得到的组织为粗大的珠光体，不利于碳化物的球化。低碳钢的球化退火的先决条件是低碳钢必须通过冷塑性变形，即可通过预拉拔获得一定的变形量，使其碳化物破碎而作为球化的核心，同时是钢塑性变形所积蓄的内部能量作为球化的驱动力，只有这样才能在低温下进行球化处理，其实与铁素体的再结晶也是同时进行的[3]。据文献[7～8]介绍，SWRM10和ML18A低碳钢钢丝分别采用670～680℃和710～730℃低温球化退火都得到了良好的拉拔性能。

ER110S-1焊丝是近年新兴的一种低碳高强度合金焊丝，具有优良的焊接工艺性能，广泛应用于760 MPa级低合金高强度钢的焊接。成品焊丝是由∅5.6 mm的盘条拉拔至∅1.2 mm得到的。采用670～680℃低温球化退火后，金相组织为铁素体+细小的球状碳化物颗粒，晶粒度8级～9级，具有良好的拉拔性能。采用完全退火或两相区等温退火均得到铁素体+岛状贝氏体组织，拉拔过程中常出现断丝现象，拉拔不畅。

实际生产过程中，大多情况下只进行一次退火，但像ER55-B2 、ER55-9CrWV等含合金较高的珠光体耐热钢可采用两次中间退火。

低碳钢球化温度不能超过Ac1，超过Ac1冷却下来形成的是片状珠光体，还可能存在岛状贝氏体组织；在低于Ac1的温度下进行保温，才能够获得铁素体+球状碳化物组织。

2 不锈钢

2.1 马氏体不锈钢

常用的马氏体不锈钢有H1Cr13、 H2Cr13 、H3Cr13，一般热轧状态为马氏体类型的非平衡组织，通常采用在Ac1以下进行再结晶退火。因为若加热温度超过Ac1，在冷却过程中极易出现马氏体组织，由于马氏体硬而脆，显然不适合后续的拉拔。文献[1]建议H3Cr13采用840～860℃加热(2.5～3.0)h，炉冷到650℃出炉空冷的工艺，经过拉拔的钢丝应立即退火，防止冷加工应力造成的开裂。文献[7]推荐H1Cr13不锈钢采用650～670℃退火，H2Cr13不锈钢采用675～760℃退火后可获得最大的软度。

2.2 铁素体不锈钢

铁素体不锈钢的退火与马氏体不锈钢相似，主要采用再结晶退火，退火温度可选择780～830℃，在400～550℃应急冷，防止475℃脆性的产生[8]。

2.3 奥氏体不锈钢

奥氏体不锈钢实芯焊丝主要是以H0Cr18Ni9和H0Cr18Ni9Ti为代表的18-8型不锈钢及其派生钢种。由于奥氏体不锈钢经过固溶处理后能够得到单一的奥氏体，在塑性得到大幅度提高的同时，耐蚀性也同时提高。经过固溶处理的H0Cr18Ni9Ti强度低、韧性好，是这类钢最佳的软化处理工艺。固溶处理主要是选择合适的固溶处理温度和加热时间，避免晶粒的过度长大，最好控制晶粒度在7级～9级，奥氏体不锈钢的固溶处理可参考文献[7]。

2.4 铁素体-奥氏体双相不锈钢

铁素体-奥氏体双相不锈钢同样采用固溶处理的方式进行软化，固溶工艺与奥氏体不锈钢相同。需特别注意的是冷却方式，要快速冷却，防止在650～850℃之间析出σ脆性相和475℃脆性的产生。

3 镍基合金

ERNiCrMo-3、ERNiCrMo-6等镍基焊丝在拉拔过程中会产生加工硬化，加上各种强化相不可避免地降低了材料的塑性，增加其硬度和强度，很容易在拉拔过程中拉断，不能达到生产要求。目前国外对ERNiCrMo-3合金的固溶退火工艺已有较大的进展，主要热处理工艺为：(1)高温固溶退火1 093～1 204℃，空淬或快冷；(2)低温固溶退火927～1 038℃，空淬或快冷；(3)消除应力处理900℃，空淬[9]。ERNiCrMo-3采用1 040℃固溶处理后，晶粒度为7级～8 级，具有良好的拉拔性能。

4 焊丝热处理缺陷

(1) 氧化与脱碳

焊丝在热处理过程中由于氮气的通入量不足或炉内空气没有完全排除，或者盘条生锈或有水分存在及加热炉密封不严，都会在加热过程中发生脱碳，严重时会影响焊接后焊缝熔敷金属的化学成分。

(2) 超温或温度不均匀

焊丝的退火一般采用钟罩式电阻炉加热，采用氮气作为保护气氛或采用在线加热。当采用钟罩式电阻炉加热时，由于装炉量较大，盘条的上层和下层以及内圈和外圈之间容易存在较大的温度差，所以必须加强保护气体的循环，保证炉温的均匀性，如果炉温不均匀会导致超温加热的现象。比如，ER110S-1焊丝若加热温度超过临界点则会发生相变，生成贝氏体和马氏体等不平衡组织，严重影响拉拔性能。

(3) 晶粒粗大

在进行退火时一定要严格控制晶粒度，因为晶粒粗大会严重降低材料的塑性，一般控制在7级～9级比较合适。制定合理的热处理制度是保证晶粒度的重要条件，加热温度和加热时间要根据加热炉的效率、装炉量等合理制定。

[1] 孙金茂.合金焊条钢丝生产综述[J].上海金属.1991，13 (1)：60-63.

[2] 俞德刚，谈育煦.钢的组织强度学—组织与强韧性[M].上海：上海科学技术出版社，2007，1983：117，122，428-429.

[3] 孟运杰.低碳钢丝球化退火的探讨[J].金属制品.2002，28 (5)：26-28.

[4] Hongshuang Di, Xiaoming Zhang, Guodong Wang, etc..Spheroidizing kinetics of eutectic carbide in the twin roll-casting of M2 high-speed steel[J]. Journal of Materials Processing Technology, 2005(166): 359-363.

[5] Whiteley J h.The Formation of Globular Pearlite[J].JISI,1922,105:339-357.

[6] A.Pichler,C.Commenda,Hribering,A.Bodin, etc.. Improvement of cold rolled products by computer assisted metallurgical modeling[J].European Commission,Technical Steel Research Report,EUR21136EN,Bruxelles,2004.

[7] 樊东黎.热处理技术数据手册[M].北京:机械工业出版社，2003：194.

[8] 李泉华.热处理技术400问解析[M].北京:机械工业出版社，2002：14.

[9] 张红斌.国外INCONEL625合金的进展[J].特钢技术，2000，(3)：69-80.