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含钛Ti低合金高强度焊丝钢轧制工艺的优化
发布人：上海艾荔艾金属材料有限公司www.shailiai.com
更新时间：2014-09-19
含钛Ti低合金高强度焊丝钢：ER55-Ti BZJ55-Ti BZJ80焊丝钢 BZJ70-G BZJ70焊丝钢 ER55-D2-Ti BXY50-G BZJ60-Ti ER50-Ti G60焊丝钢 BZJ55-D2
1、前言
随着国民经济的特别是焊接自动化的的蓬勃发展，市场上所需气保燥丝的需求量急剧上升。Ti凭借其细化晶粒、提高强度、改善冷成型和焊接性能等特点成为低合金高强焊丝钢中不可或缺的成分。本钢集团北营钢铁（集团）股份有限公司轧钢厂第四高速线材（以下称四高线）从2011年开始研发10余个牌号含Ti焊丝。本文主要介绍对含Ti高强度焊丝钢轧制工艺的优化。目的为进一步降低盘条物理性能波动范围，获到良好的塑性和适宜的强度，保证用户的拉拔性能。
2、Ti合金对钢材性能的影响
2.1、Ti与气体元素的化合
由于Ti的化学活性很大，易和N、O等形成化合物。Ti与O的亲和力很强，钢液必须用铝充分脱氧后，才能加入Ti。Ti与N高温下形成非常稳定的TiN，在热加工前的再加热过程中抑制奥氏体的晶粒长大。
2.2、Ti对钢材力学性能的影响
强度对Ti含量十分敏感，容易引起性能波动。Ti含量对强度影响的三个阶段，起三种不同的主要作用：（1）微量Ti（＜0.04%）时，主要形成TiN而形成的TiC含量很少，此时的Ti沉析出强化作用很小，起细化晶粒作用；（2）中等Ti含量（0.04%-0.08%）时，超出TiN理想化学配比的Ti固溶在钢中，以细小TiC质点形式析出，起到析出强化作用。细小TiC的数量增加，强烈的TiC析出强化作用导致钢的强度随Ti含量增加而显著升高。（3）较高Ti含量（0.08%-0.15%）时，随Ti含量增加，钢中细小TiC析出受转变温度影响，转变温度越高，析出颗粒失去共格性关系的倾向就越大，并通过扩散长大，减弱析出强化。非共格析出物数量增加，减弱了析出强化效果，钢的强度增加趋平缓。
Ti还与S结合生成颗粒状分布的Ti4C2S2，改变了硫化物夹杂形态，改善钢材的纵横性能差。同时也减弱了Ti的析出强化，起沉淀析出强化作用，故Ti同时具有细化晶粒和改变夹杂物形态的作用。
微合金钢的强度主要由固溶强化、晶粒细化和沉淀析出强化三方面组成。对于含Ti低碳高强度傳丝钢来说晶粒细化和析出强化对盘条强度起重要作用。
3、含Ti焊丝钢种类
表1：四高线所生产含钛焊丝明细
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钢种
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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量的钢种有五个，其余均为较高含Ti焊丝。
4、轧制
4.1、轧制工艺流程
根据四高线的设备情况，选择的轧制工艺流程如下：150mm×150mm连铸坯→步进式加热炉→高压水除鳞→1#~4#粗轧（一）→脱头辊道→5#~8#粗轧（二）→9#~14#中轧→15#~18#预精轧→预水冷箱→19#~28#精轧→精轧后1#、2#、3#水冷箱→吐丝→斯太尔摩风冷线→集卷→检验→包装→入库。
4.2、含Ti低合金焊丝钢连续冷却曲线
由图3可知奥氏体按不同的冷却速率可转变成块状铁素体、片层状珠光体、粒状贝氏体。在铁素体相变期间，以较慢的冷却速率转变可增加铁素体体积分数。在缓慢的冷却速率下，影响相变的直接因素有吐丝温度、铁素体相变开始温度、珠光体相变结束温度及相变冷却速率。礼制后要以较低的冷却速率进行缓冷，相变区间冷却速率应小于1℃/s。目的是得到铁素体+珠光体的组织，尽量避开贝氏体区。在控冷工艺参数的控制上，主要有吐丝温度、风冷速度的控制。
4.3、轧制工艺
通过点巡检制度及时处理设备隐患，合理设定各项工艺参数，保证轧线连续出钢是实现优化工艺的关键。工艺优化主要高线轧制开轧温度、吐丝温度及风冷速度的控制。
4.3.1、轧制温度的控制
由于加热温度越高，钢的变形抗力越小。但为有效地控制奥氏体晶粒度，获得良好的金相组织，应适当的降低轧制温度.由于合金元素的加入，根据该钢种的特点以及生产经验，将其开轧温度控制在1000-1020℃范围内，可达到良好的轧制效果。
4.3.2、吐丝温度的控制
由于钢中合金元素的含量较高，使其“CCT”转变曲线向右下方移动，推迟并延长了转变时间。吐丝温度较高时，盘条的抗拉强度波动范围较大，导致组织尺寸不均匀，对焊丝拉拔产生不良影响。过低吐丝温度的使入罩温度降低，会导致奥氏体向铁素体转变在入罩前开始，造成铁素体相变时间不足，减少了铁素体在金相组织中的含量。因钢中细小TiC析出受转变温度影响，转变温度越高，析出颗粒失去共格性关系的倾向就越大，减弱了析出强化效果，钢的强度增加趋平缓。
最终将吐丝温度控制800-820℃，从而获得良好的拉拔性能。
4.3.3、冷却制度控制
为使该钢种细晶奥氏体转变分解得到铁素体加珠光体组织，在控制吐丝温度的同时，采用延迟型控冷工艺，将斯泰尔摩冷却线全部加盖保温罩，用阻燃物填堵保温罩间的缝隙；风机全关，为防止风道内形成对流，对风口处加以密闭；考虑四高线风冷线实际，在辊道尾部增加一个保温罩并严格控制辊道的速度。
5、效果
四高线通过实行优化后的生产工艺，含Ti高强度焊丝钢物理性能波动下降30%，得到的金相组织主要为铁素体+珠光体+少量贝氏体组织，见图4所示。盘条具有良好的塑性，部分中等含钛量焊丝钢可以免除退火工艺，降低了劳动强度和生产成本。
6、结论
根据不同Ti含量对钢的组织性能的影响，结合现有工艺设备，制定工艺优化点。通过落实优化措施，有效降低了含Ti焊丝盘条的物理性能波动，部分产品节省了退火工序，降低了劳动强度和生产成本。
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