一種低合金高強度焊絲球化退火方法與流程

本發明屬于金屬材料熱處理領域，具體涉及一種低合金高強度焊絲球化退火方法。

背景技術：

焊絲是由一定直徑大小的盤條在室溫下拉撥而成，由于冷作硬化的原因，其塑性無法滿足要求，在拉拔過程中經常發生斷裂。盤條的組織主要由鐵素體和珠光體或鐵素體+貝氏體組成，具有較高的強度和硬度，但塑性較差。拉絲用的盤條要求抗拉強度低，塑性好，基體為含量較多，晶粒稍粗大的鐵素體。盤條的塑性變形主要由鐵素體來提供，因此，在盤條中鐵素體組織的減少，將盤條的塑性降低。盤條拉拔前需經過進行退火，提高材料的塑性，滿足拉拔的需求。

常用的退火工藝是完全退火、等溫球化退火和再結晶退火。 完全退火主要用于亞共析或共析成分的碳鋼和合金鋼，一般完全退火的工藝是把亞共析鋼加熱到AC₃以上20～40℃，保溫一段時間，然后以不大于50℃/h的冷卻速度隨爐冷卻到600℃以下出爐空冷，目的是細化晶粒、降低硬度、提高塑性；再結晶退火是將冷拉的盤條加熱到再結晶溫度以上，通常取略低于AC₁點的溫度，保溫一定時間后緩冷。

含Ni量達到2%左右的低碳鋼新型合金焊絲ER80S-G、76-G等，其合金總含量高于5%。采用隨爐加熱至880℃，保溫3.5小時→隨爐冷卻至650℃，保溫5小時→隨爐冷卻至600℃，加速冷罩，開風機速冷→150℃出爐空冷。在以上退火完畢后，再進行一次回火：隨爐加熱至700℃，保溫6h→加速冷罩，冷卻→150℃出爐空冷。經過上述退火處理后的焊絲盤圓，由于加工硬化給焊絲的進一步加工帶來了困難，盡管提高拉絲模質量，添加了潤滑劑，但是，高的合金含量增大了加工硬化指數，導致拉絲拉拔到較大變形量后，硬度升高過大，塑性下降太多。大部分焊絲在經過兩次拉拔后，于φ3.5mm～φ2.5mm的拉拔過程中出現斷絲，需要重新制定退火工藝。

技術實現要素：

針對現有技術存在的上述不足，本發明提供一種低合金高強度焊絲球化退火方法，旨在解決現有工藝對焊絲造成的加工硬化指數增加和塑性下降過多的問題。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種低合金高強度焊絲球化退火方法，包括以下步驟：

1）將待拉拔加工的低合金高強度焊絲加熱到退火溫度并保溫到設定的加熱時間。

2）使步驟1）中的低合金高強度焊絲隨爐冷卻至最終出爐設定溫度，空冷到室溫，以完成退火操作。

其中，所述低合金高強度焊絲在退火操作前塑性變形量大于25%，其化學成分（wt.%)包括：C 0.06～0.08，Mn 1.53～1.76，Si 0.45～0.49，S≤0.005，P≤0.010，Cr0.25～0.31，Ni2.10～2.16，Mo 0.45～0.54，余量為Fe和不可去除的雜質。

進一步，所述的退火溫度為A_c1點以下30~50℃；其中，A_c1點通過熱膨脹法或綜合熱分析法確定。

經過大塑性變形拉拔加工的低合金高強度焊絲于A_c1點以下30~50℃加熱保溫，焊絲會發生回復再結晶，使變形晶粒再結晶成為細小等軸晶粒。從而消除加工硬化，焊絲強度硬度下降，塑性顯著提高，有利于焊絲拉拔。

進一步，所述的最終出爐設定溫度為160~180℃。以此溫度保證不產生內應力及其他組織轉變。

進一步，所述設定的加熱時間按如下公式計算：

設定的加熱時間=裝爐系數×加熱系數×有效厚度；

其中：裝爐系數為常數，無量綱，依據熱處理爐的爐膛有效工作尺寸、工件的尺寸、裝爐方式、最大裝爐質量等因素確定；加熱系數為：2.5~3min/mm；有效厚度為工件在受熱條件下在最快傳熱方向上的截面厚度。

更進一步，設定的加熱時間也可以根據焊絲的種類具體地設定為10~15h。低合金高強度焊絲中含有的合金元素可明顯降低焊絲中Fe、C等元素的擴散速率，影響再結晶形核、長大速率，通過實驗確定保溫時間10~15h。

更進一步，所述的退火溫度為660~710℃。

具體地，根據不同的焊絲，可以選擇相應的參數，如所述的退火溫度為690~710℃，設定的加熱時間為12h，所述的最終出爐設定溫度為160℃。

也可以將參數設定為：所述的退火溫度為680~700℃，設定的加熱時間為14h，所述的最終出爐設定溫度為180℃。

還可以將參數設定為：所述的退火溫度為660~680℃，設定的加熱時間為14h，所述的最終出爐設定溫度為180℃。

本發明為一種新的再結晶球化退火工藝， 退火溫度低于A_C1，球狀滲碳體的形成主要是通過碳的擴散，片狀碳化物破裂進行。低碳鋼絲經冷拉后，在鋼絲內部積蓄了大量的儲存能，球化退火時為滲碳體球化提供驅動力，而滲碳體的破碎為球化創造了形核條件。球化過程是以已破碎的片層滲碳體碎片為核心，主要以塑性變形后的儲存能為驅動力，促使滲碳體在鐵素體中曲率半徑小的界面溶解，并沉淀在曲率半徑大的界面上，最后聚集成粒狀。

與現有的技術相比，本發明具有如下有益效果：

1、在經過較大的塑性變形量后，焊絲盤條經過再結晶退火后，可獲得在鐵素體基體上分布球狀滲碳體的組織，材料的強度降低，塑性增加。

2、本發明通過選擇適合的退火溫度和冷卻方式，能夠完全保證材料具有球粒狀碳化物均勻分散在鐵素體基體上，從而獲得良好的拉拔工藝性能，從Φ5.6mm的盤條拉拔至Φ1.2mm拉拔過程中不斷絲。

附圖說明

圖1—A為實施例一的ER80S-G焊絲盤條退火前的金相組織圖；

圖1—B為實施例一的ER80S-G焊絲盤條退火后的金相組織圖；

圖2—A為實施例二的76-G焊絲盤條退火前的金相組織圖；

圖2—B為實施例二的76-G焊絲盤條退火后的金相組織圖；

圖3—A為實施例三 SMHG-700焊絲盤條退火前的金相組織圖；

圖3—B為實施例三 SMHG-700焊絲盤條退火后的金相組織圖。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發明作進一步詳細說明。

以退火操作前塑性變形量大于25%的低合金高強度焊絲盤條為原料，其化學成分（wt.%)包括：C 0.06～0.08，Mn 1.53～1.76，Si 0.45～0.49，S≤0.005，P≤0.010，Cr0.25～0.31，Ni2.10～2.16，Mo 0.45～0.54，余量為Fe和不可去除的雜質。

實施例一

以ER80S-G焊絲為原料，采用本發明的方法進行退火處理，通過退火前后的金相組織和拉拔過程中是否順暢和斷絲來評判來實際效果。通過熱膨脹法確定其A_C1點為740℃。具體步驟為：

1）采用鐘罩式氣氛保護爐將ER80S-G焊絲加熱到690~710℃保溫時12h；

2）使步驟1）中的ER80S-G焊絲隨爐冷卻至160℃后，空冷到室溫，以完成退火操作。

圖1-A為未退火焊絲的金相圖，組織為鐵素體、彌散分布的碳化物和不連續分布的島狀貝氏體，焊絲強度硬度高、塑性差。圖1-B為再結晶退火后的焊絲金相圖，組織為鐵素體、細小球狀碳化物，焊絲強度硬度低、塑性高。

進行拉拔加工，較未處理的ER80S-G焊絲更加順暢，未出現斷絲現象。

實施例二

以76-G焊絲為原料，采用本發明的方法進行退火處理，通過退火前后的金相組織和拉拔過程中是否順暢和斷絲來評判來實際效果，通過綜合熱分析法確定其A_C1點為730℃。具體步驟為：

1）采用鐘罩式氣氛保護爐將76-G焊絲加熱到680~700℃保溫時14h；

2）使步驟1）中的76-G焊絲隨爐冷卻至180℃后，空冷到室溫，以完成退火操作。

圖2-A為未退火焊絲的金相圖，組織為鐵素體、彌散分布的碳化物和不連續分布的島狀貝氏體，焊絲強度硬度高、塑性差。圖2-B為再結晶退火后的焊絲金相圖，組織為鐵素體、細小球狀碳化物，焊絲強度硬度低、塑性高。

進行拉拔加工，較未處理的76-G焊絲更加順暢，未出現斷絲現象。

實施例三

以SMHG-700焊絲為原料，采用本發明的方法進行退火處理，通過退火前后的金相組織和拉拔過程中是否順暢和斷絲來評判來實際效果，過綜合熱分析法確定其A_C1點為710℃。具體步驟為：

1）采用鐘罩式氣氛保護爐將SMHG-700焊絲加熱到660~680℃保溫時14h；

2）使步驟1）中的SMHG-700焊絲隨爐冷卻至180℃后，空冷到室溫，以完成退火操作。

圖3-A為未退火焊絲的金相圖，組織為少量鐵素體、不連續分布的島狀貝氏體和彌散分布的碳化物，焊絲強度硬度高、塑性韌性差。圖3-B為再結晶退火后的焊絲金相圖，組織為鐵素體、小顆粒球狀碳化物，焊絲強度硬度低、塑性高。

進行拉拔加工，較未處理的SMHG-700焊絲更加順暢，未出現斷絲現象。

本發明的上述實施例僅僅是為說明本發明所作的舉例，而并非是對本發明的實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其他不同形式的變化和變動。這里無法對所有的實施方式予以窮舉。凡是屬于本發明的技術方案所引申出的顯而易見的變化或變動仍處于本發明的保護范圍之列。