亓奉友
（青島鋼鐵有限公司技術中心）
焊接用鋼盤條是青鋼的傳統優勢產品，經過多年的發展，青鋼焊接用鋼已經發展成為種類齊全、質量優良的產品系列，滿足了客戶「一站式」購物的需求。多年來，青鋼人專心、專注於焊接用鋼的研發和生產，在特種焊接用鋼領域進行了一系列技術攻關和產品開發，不斷滿足國內高端製造業對焊接材料的需求。
一、青鋼特種焊接用鋼發展概況青鋼特種焊接用鋼是青鋼拳頭產品之一，目前已經生產國家標準及客戶定製的 85 個牌號的產品。產品用途涵蓋了工程機械、船舶製造、海洋工程、管線、壓力容器、核電等多領域；強度級別涵蓋了 45-100Kg 級；最大程度上滿足了客戶個性化要求。2014 年青鋼特種焊接用鋼銷量達到了 17000 噸以上。
目前，青鋼特種焊接用鋼採用長流程生產：
高爐鐵水→單吹顆粒鎂鐵水脫硫→80 噸頂底復吹轉爐→90 噸 LF 精煉爐→R9m 六機六流連鑄機→高速線材軋機→在線集卷打包。
青鋼高爐煉鐵用鐵礦石全部為進口優質鐵礦石、採用單吹顆粒鎂法進行鐵水脫硫、轉爐採用「雙渣法」冶煉、連鑄採用全保護澆鑄和電磁攪拌等技術，保證鋼質純淨度高、各有害殘餘元素含量低，保證了優良的焊接性能。
二、目前青鋼特種焊接用鋼以含鈦鋼、耐候鋼、高強鋼三大系列產品為主，產品品質穩定，獲得客戶廣泛認可。
1、ER50-G含鈦焊接用鋼冶煉技術取得突破性進展，連澆時間達到12小時以上，且盤條通條強度波動控制在100MPa以內。
青鋼經過多年的開發，擁有以 ER50-G 為代表的含鈦焊接用鋼全系列產品。ER50-G含 Ti 焊接用鋼是在普通 ER50-6 焊接用鋼的基礎上加入一定量的 Ti 元素。
ER50-G 盤條的化學成分見下表。
該焊絲相當於日本標準 JISZ 3312 的 YGW11 型焊絲，焊絲化學成分中含 Ti0.12%～0.25%。Ti 是一種強烈的脫氧元素，且能和氮化合成 TiN 而起固氮作用，提高焊縫金屬抗氮氣孔的能力。與 ER50-6 和 AWS ER70S-6 相比，在採用較大電流焊接時，減少飛濺 30%～50%，充分滿足大電流、高效率條件下的焊接作業，其焊縫金屬塑性、韌性良好，引弧、再引弧容易，電弧穩定柔和，焊縫成形美觀，焊縫成形較好，已成為日本及歐美國家在 CO2氣體保護焊中用得最多的焊絲。
1.1 解決了連鑄過程水口結瘤的難題
在初期冶煉過程中，生產極為不順。存在水口「結瘤」，拉速波動大，連鑄坯結疤、夾渣嚴重等異常情況。軋制過程中半成品表面結疤、導衛粘鋼、成品表面結疤等情況也較為嚴重，成材率僅為 80%左右。有關連鑄坯表面缺陷和盤條表面缺陷見下圖。
對連鑄坯缺陷和盤條缺陷進行了分析，發現盤條中存在較多的大顆粒、高熔點夾雜物。認為鋼中大顆粒、高熔點夾雜物是造成連鑄過程中水口「結瘤」、連鑄坯表面結疤夾渣、盤條表面結疤的主要原因。盤條中夾雜物形貌、成分及組成見下表。
經分析後認為，原冶煉工藝考慮到提高 Ti 元素回收率而加入一定量的鋁，鋼水中生成大量的 Al2O3、MgO-Al2O3（鎂鋁尖晶石）等高熔點夾雜物，還會生成大顆粒複合型夾雜物（芯部是 MgO-Al2O3 外裹 TiN），這些夾雜物使鋼水變粘稠，容易在水口處蓄積造成水口「結瘤」，拉速變化大，生產節奏不穩定，連鑄坯和盤條表面質量差，成材率低，難以實現批量生產。在青鋼現有 50mm*150mm 小方坯連鑄設備條件下，必須選擇另外的冶煉工藝，儘可能控制高熔點夾雜物的來源和生成條件。經探討後，形成了一套適合現有設備狀況的冶煉工藝，具體要點如下：
一是採用無鋁或低鋁原料，對脫氧劑、合金等原料的鋁含量作出明確要求，有效減少了Al2O3、MgO-Al2O3（鎂鋁尖晶石）等高熔點夾雜物的來源；二是加強精煉期間的脫氧力度，要求溶解氧達到一定範圍之內，且保持白渣一定時間；三是適當提高澆注溫度，本鋼種由於含 Ti，鋼水粘稠，適當提高過熱度可提高鋼水的可澆性，確保結晶器液面和拉速穩定，保證連鑄坯表面質量合格；四是加強連鑄過程的全過程保護澆注技術，採用帶氬封圈的長水口和浸入式水口。特別是澆次第一爐大包開澆時的保護澆注尤為關鍵，必須採取有利措施，保證開澆順利。
通過採取以上措施，並在冶煉生產中，隨時跟進各項管理制度後，確保了工藝執行到位。使 ER50-G 含鈦鋼的連鑄過程得以順利進行，連續澆鑄時間超過 12 小時，達到了較好水平。且盤條焊接性能優良，滿足了客戶要求。
1.2 解決了盤條通條強度波動大的難題，將盤條通條強度波動範圍控制在了100MPa以內。
該鋼種因為含有一定量的 Ti，在軋後冷卻過程中易產生 M、B 等異常組織，導致盤條強度波動大，通條性能波動超過了 200MPa，嚴重影響了客戶的拉拔加工。
盤條在輥道上緩慢冷卻時，因堆積厚度不同，會造成盤條在同一圈上的各部位間的冷卻速度不同，堆積較薄的輥道中間部分在出保溫罩時已經冷卻至 500~550℃，組織轉變已經完成；而堆積較厚的輥道兩邊（搭接點區域），局部盤條仍然發紅，表面溫度約 650℃，盤條心部溫度更高，組織轉變還未完成，需要在出保溫罩至集卷過程中繼續相變。因相變的時間和速度的不同，會造成同一圈盤條的各個區域的金相組織不同，抗拉強度也不同。
取樣示意圖上 2、4.、7、9 分別對應盤條的四個搭接點區域。從取樣檢驗的數據看，每一圈盤條上強度最高的點的位置是有規律的，強度最高點都出現在搭接點區與中間區的交界處。
為了探索在化學成分一定的條件下，盤條通條強度波動較大的原因，將不同強度的盤條樣品進行退火處理，退火工藝採用隨爐加熱至 850℃，後保溫 5 分鐘，之後隨爐冷卻至 200℃，最後空冷至室溫。
盤條樣品退火後組織為 F＋極少量 P，為正常組織，且強度均勻，通條強度波動範圍為490～515MPa，差值僅為 25MPa。對比退火前後的力學性能和金相組織可以發現，造成盤條強度波動的最主要原因就是盤條存在中 M、B 等有害組織，且分布不均勻。
通過以上試驗，明確了搭接點區域的盤條在出保溫罩時，組織轉變尚未結束，從出保溫罩至落卷期間，盤條處於散卷空冷狀態，冷速較快，極易生成 M 或 B 等異常組織。若要改善盤條的強度均勻性，需要改善盤條的組織。
為此，根據軋制設備特點和現場情況，進行了不同組合的正交對比試驗，通過調整終軋溫度、輥道速度及輥道級聯繫數等措施，最終探索出了最佳的軋制和控冷工藝，確定了終軋溫度、輥道主速度和輥道各段之間的級聯繫數，可以滿足 ER50-G 盤條通條強度波動在100Mpa 以內。
在成功解決了連鑄過程水口結瘤和盤條通條性能波動的難題後，ER50-G 的產品質量獲得較大提升，市場滿意度高。
2、耐候焊接用鋼品種豐富，基本覆蓋各製造領域。
以 TH550-NQ-Ⅱ為代表的耐候鋼也是青鋼特焊優勢產品之一。TH550-NQ-Ⅱ是鐵道車輛用耐大氣腐蝕焊接用鋼，亦稱耐候鋼焊絲。主要用於鐵路機車車輛的焊接，是目前國內用量最大的特種焊接用鋼產品之一。我公司自研發生產該產品後，先後成功攻克了耐候鋼焊絲TH550-NQ-Ⅱ焊縫低溫衝擊韌性不足的問題，通過一系列化學成分和工藝調整，成功平衡了焊縫韌性和強度之間的關係，做到了二者之間的完美結合，滿足了不同客戶的質量要求。
此外，青鋼還成功開發了 ER55-B2，ER62-B3，ER80S-Ni1 等適合各種極端工作環境焊接構件製造的特種焊接材料，極大地豐富了產品體系。2012 年，青鋼生產的 ER80S-1CM 耐候焊接用鋼成功應用於國內核電設備。2013 年，青鋼生產的某牌號海洋工程特種焊接用鋼通過海軍艦船軍品質量認證，成為海軍軍品長期供貨商。
3、高強焊接用鋼品種豐富，焊接性能優良。
高強度焊接用鋼由於需添加大量合金，噸鋼加入合金量在 60Kg 以上。存在兩方面的難題：一是冶煉方面，面臨大合金量帶來的溫度控制和連鑄坯二次冷卻問題。通過改進轉爐吹煉模式、合金烘烤和優化連鑄二冷比水量，解決了大合金量帶來的鋼水溫降大和鑄坯彎曲、菱變等難題。二是軋制方面，面臨高強焊接用鋼合金含量高，盤條容易產生 M、B 等異常組織、盤條強度波動大等問題。根據鋼種特點和軋制設備實際情況，探索出了一套完整的溫度控制和盤條在線緩冷技術，很好地解決了異常組織和強度波動大的問題。確保盤條有良好的
拉拔加工性能。
通過一系列課題攻關，目前青鋼生產的 70Kg 級及以下級別的盤條可以實現不退火直接拉拔成形。以 GHS-80 和 ER110S-1 等為代表的 80Kg 級及以上產品，經過中間一次退火後可拉拔成性。產品焊接性能優異，焊縫熔敷金屬具備良好的低溫衝擊韌性。目前，青鋼可生產 55～100Kg 級的高強度焊接用鋼。
以上三個系列的產品極大地完善了青鋼焊接用鋼產品體系，廣泛應用於工程機械、壓力容器、造船、海洋工程、鐵路、汽車等各種鋼結構的焊接，憑藉優良的焊接性能、嚴密的質量保證體系和穩定的產品質量，最大程度滿足了客戶的需求。
三、對未來青鋼特種焊接用鋼的展望
2015 年，隨著青鋼環保搬遷項目的快速推進，青鋼特種焊接用鋼將迎來嶄新的發展機遇，我們要充分接合企業搬遷後國內一流的成本優勢、物流優勢和裝備優勢，在特種焊接材料領域繼續引領國內焊接材料市場不斷向更節能、更高效的方向發展。
青鋼搬遷項目本著「高起點規劃、高標準建設、高品質發展」的原則，以建設最具突出競爭優勢的現代化臨海鋼鐵企業為目標，採用行業先進技術和新一代鋼鐵流程設計，各工序合理配置、物流順暢，實現工藝和裝備的大型化、現代化、高效化。新區將要打造成國際一流的優質線棒材精品基地，產品實現 50％以上出口，優質焊材系列、高碳鋼系列等傳統優勢產品繼續佔領國內高端市場。
下一步，我們將充分藉助於新廠區精良的工裝條件，持續擴大核電、軍工用焊接材料的市場容量，提高企業經濟效益。繼續開發國家海洋工程裝備、高純管線鋼、低溫壓力容器等高品質鋼材用焊接材料，滿足高端製造業對焊接材料的需求。