一种低合金高强度焊丝球化退火方法与流程

本发明属于金属材料热处理领域，具体涉及一种低合金高强度焊丝球化退火方法。

背景技术：

焊丝是由一定直径大小的盘条在室温下拉拨而成，由于冷作硬化的原因，其塑性无法满足要求，在拉拔过程中经常发生断裂。盘条的组织主要由铁素体和珠光体或铁素体+贝氏体组成，具有较高的强度和硬度，但塑性较差。拉丝用的盘条要求抗拉强度低，塑性好，基体为含量较多，晶粒稍粗大的铁素体。盘条的塑性变形主要由铁素体来提供，因此，在盘条中铁素体组织的减少，将盘条的塑性降低。盘条拉拔前需经过进行退火，提高材料的塑性，满足拉拔的需求。

常用的退火工艺是完全退火、等温球化退火和再结晶退火。 完全退火主要用于亚共析或共析成分的碳钢和合金钢，一般完全退火的工艺是把亚共析钢加热到AC₃以上20～40℃，保温一段时间，然后以不大于50℃/h的冷却速度随炉冷却到600℃以下出炉空冷，目的是细化晶粒、降低硬度、提高塑性；再结晶退火是将冷拉的盘条加热到再结晶温度以上，通常取略低于AC₁点的温度，保温一定时间后缓冷。

含Ni量达到2%左右的低碳钢新型合金焊丝ER80S-G、76-G等，其合金总含量高于5%。采用随炉加热至880℃，保温3.5小时→随炉冷却至650℃，保温5小时→随炉冷却至600℃，加速冷罩，开风机速冷→150℃出炉空冷。在以上退火完毕后，再进行一次回火：随炉加热至700℃，保温6h→加速冷罩，冷却→150℃出炉空冷。经过上述退火处理后的焊丝盘圆，由于加工硬化给焊丝的进一步加工带来了困难，尽管提高拉丝模质量，添加了润滑剂，但是，高的合金含量增大了加工硬化指数，导致拉丝拉拔到较大变形量后，硬度升高过大，塑性下降太多。大部分焊丝在经过两次拉拔后，于φ3.5mm～φ2.5mm的拉拔过程中出现断丝，需要重新制定退火工艺。

技术实现要素：

针对现有技术存在的上述不足，本发明提供一种低合金高强度焊丝球化退火方法，旨在解决现有工艺对焊丝造成的加工硬化指数增加和塑性下降过多的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种低合金高强度焊丝球化退火方法，包括以下步骤：

1）将待拉拔加工的低合金高强度焊丝加热到退火温度并保温到设定的加热时间。

2）使步骤1）中的低合金高强度焊丝随炉冷却至最终出炉设定温度，空冷到室温，以完成退火操作。

其中，所述低合金高强度焊丝在退火操作前塑性变形量大于25%，其化学成分（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，余量为Fe和不可去除的杂质。

进一步，所述的退火温度为A_c1点以下30~50℃；其中，A_c1点通过热膨胀法或综合热分析法确定。

经过大塑性变形拉拔加工的低合金高强度焊丝于A_c1点以下30~50℃加热保温，焊丝会发生回复再结晶，使变形晶粒再结晶成为细小等轴晶粒。从而消除加工硬化，焊丝强度硬度下降，塑性显著提高，有利于焊丝拉拔。

进一步，所述的最终出炉设定温度为160~180℃。以此温度保证不产生内应力及其他组织转变。

进一步，所述设定的加热时间按如下公式计算：

设定的加热时间=装炉系数×加热系数×有效厚度；

其中：装炉系数为常数，无量纲，依据热处理炉的炉膛有效工作尺寸、工件的尺寸、装炉方式、最大装炉质量等因素确定；加热系数为：2.5~3min/mm；有效厚度为工件在受热条件下在最快传热方向上的截面厚度。

更进一步，设定的加热时间也可以根据焊丝的种类具体地设定为10~15h。低合金高强度焊丝中含有的合金元素可明显降低焊丝中Fe、C等元素的扩散速率，影响再结晶形核、长大速率，通过实验确定保温时间10~15h。

更进一步，所述的退火温度为660~710℃。

具体地，根据不同的焊丝，可以选择相应的参数，如所述的退火温度为690~710℃，设定的加热时间为12h，所述的最终出炉设定温度为160℃。

也可以将参数设定为：所述的退火温度为680~700℃，设定的加热时间为14h，所述的最终出炉设定温度为180℃。

还可以将参数设定为：所述的退火温度为660~680℃，设定的加热时间为14h，所述的最终出炉设定温度为180℃。

本发明为一种新的再结晶球化退火工艺， 退火温度低于A_C1，球状渗碳体的形成主要是通过碳的扩散，片状碳化物破裂进行。低碳钢丝经冷拉后，在钢丝内部积蓄了大量的储存能，球化退火时为渗碳体球化提供驱动力，而渗碳体的破碎为球化创造了形核条件。球化过程是以已破碎的片层渗碳体碎片为核心，主要以塑性变形后的储存能为驱动力，促使渗碳体在铁素体中曲率半径小的界面溶解，并沉淀在曲率半径大的界面上，最后聚集成粒状。

与现有的技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、在经过较大的塑性变形量后，焊丝盘条经过再结晶退火后，可获得在铁素体基体上分布球状渗碳体的组织，材料的强度降低，塑性增加。

2、本发明通过选择适合的退火温度和冷却方式，能够完全保证材料具有球粒状碳化物均匀分散在铁素体基体上，从而获得良好的拉拔工艺性能，从Φ5.6mm的盘条拉拔至Φ1.2mm拉拔过程中不断丝。

附图说明

图1—A为实施例一的ER80S-G焊丝盘条退火前的金相组织图；

图1—B为实施例一的ER80S-G焊丝盘条退火后的金相组织图；

图2—A为实施例二的76-G焊丝盘条退火前的金相组织图；

图2—B为实施例二的76-G焊丝盘条退火后的金相组织图；

图3—A为实施例三 SMHG-700焊丝盘条退火前的金相组织图；

图3—B为实施例三 SMHG-700焊丝盘条退火后的金相组织图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。

以退火操作前塑性变形量大于25%的低合金高强度焊丝盘条为原料，其化学成分（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，余量为Fe和不可去除的杂质。

实施例一

以ER80S-G焊丝为原料，采用本发明的方法进行退火处理，通过退火前后的金相组织和拉拔过程中是否顺畅和断丝来评判来实际效果。通过热膨胀法确定其A_C1点为740℃。具体步骤为：

1）采用钟罩式气氛保护炉将ER80S-G焊丝加热到690~710℃保温时12h；

2）使步骤1）中的ER80S-G焊丝随炉冷却至160℃后，空冷到室温，以完成退火操作。

图1-A为未退火焊丝的金相图，组织为铁素体、弥散分布的碳化物和不连续分布的岛状贝氏体，焊丝强度硬度高、塑性差。图1-B为再结晶退火后的焊丝金相图，组织为铁素体、细小球状碳化物，焊丝强度硬度低、塑性高。

进行拉拔加工，较未处理的ER80S-G焊丝更加顺畅，未出现断丝现象。

实施例二

以76-G焊丝为原料，采用本发明的方法进行退火处理，通过退火前后的金相组织和拉拔过程中是否顺畅和断丝来评判来实际效果，通过综合热分析法确定其A_C1点为730℃。具体步骤为：

1）采用钟罩式气氛保护炉将76-G焊丝加热到680~700℃保温时14h；

2）使步骤1）中的76-G焊丝随炉冷却至180℃后，空冷到室温，以完成退火操作。

图2-A为未退火焊丝的金相图，组织为铁素体、弥散分布的碳化物和不连续分布的岛状贝氏体，焊丝强度硬度高、塑性差。图2-B为再结晶退火后的焊丝金相图，组织为铁素体、细小球状碳化物，焊丝强度硬度低、塑性高。

进行拉拔加工，较未处理的76-G焊丝更加顺畅，未出现断丝现象。

实施例三

以SMHG-700焊丝为原料，采用本发明的方法进行退火处理，通过退火前后的金相组织和拉拔过程中是否顺畅和断丝来评判来实际效果，过综合热分析法确定其A_C1点为710℃。具体步骤为：

1）采用钟罩式气氛保护炉将SMHG-700焊丝加热到660~680℃保温时14h；

2）使步骤1）中的SMHG-700焊丝随炉冷却至180℃后，空冷到室温，以完成退火操作。

图3-A为未退火焊丝的金相图，组织为少量铁素体、不连续分布的岛状贝氏体和弥散分布的碳化物，焊丝强度硬度高、塑性韧性差。图3-B为再结晶退火后的焊丝金相图，组织为铁素体、小颗粒球状碳化物，焊丝强度硬度低、塑性高。

进行拉拔加工，较未处理的SMHG-700焊丝更加顺畅，未出现断丝现象。

本发明的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。