钛微合金化钢有广泛的用途,当这类钢被用于生产焊接材料如焊丝、焊条时,要求能够同时满足拉拔加工和焊接应用两方面要求。钛元素性质活泼,在钢水中可与氧、氮、硫、碳等元素反应生成化合物,进而影响铸坯和盘条的质量,所以要深入研究提出有效的控制措施。本文以首钢某厂生产的钛含量分别约为0.003%、0.08%和0.18%的A、B、C三种典型焊接用钢盘条产品为对象,通过工业试验对此进行了系统的研究。对上述三类焊接用钢产品进行取样检测,结合热力学计算讨论了生产过程中非金属夹杂物的生成行为。研究结果得出:A钢在生产过程中一直存在着氧化物和硫化物夹杂;B钢和C钢里则出现了大量的TiN夹杂,氧化物比例降低,盘条中TiN粒子的数量和尺寸增加;尤其是钛含量最高的C钢,其主要夹杂物为TiN,氧化物占夹杂物总量的比例<10%。C钢的生产中,由于钢水粘度增加,流动性恶化,钢渣分离困难。TiN夹杂物在钢水中生成,连铸时上浮聚集于结晶器保护渣与钢水界面处,与渣中氧化物反应转变成TiO₂进入保护渣。随着TiO₂含量的升高,保护渣的粘度、熔点等先降后升,加剧铸坯卷渣缺陷的发生。调整保护渣、控制钢水中的钛氮积和铝含量,可有效降低该类型缺陷发生的风险。加入钢水中的钛,有90%左右与钢中的碳、氮等元素反应生成化合物,在钢中生成的顺序依次为TiN、Ti₄C₂S₂和TiC,其中固相中析出的TiC占比70%以上,对盘条的组织和性能均产生显著影响。与A钢盘条相比,C钢盘条强化机制增多,在固溶强化和细晶强化基础上,又增加了不稳定的位错强化、析出强化,也是强度波动的主要原因。含钛化合物的析出,可细化连铸坯凝固组织,大幅度提高铸坯的等轴晶比例,改善合金成分的枝晶偏析现象,在轧制或热处理阶段,也起到了抑制盘条组织中奥氏体长大和促进铁素体形核的作用,而能够细化晶粒。有效抑制钢中析出物带来的强化作用,使盘条性能与组织都适宜于拉拔,是钛微合金化焊接用钢盘条组织与性能控制的关键技术目标。轧制变形后析出的发生需要一定的孕育期,不同变形温度下第二相的析出行为不同,就O钢而言,在约900℃时析出孕育时间最短,开始的时间约为变形后10 s,结束时间约为变形后140 s;降低终轧温度可诱发更多较大尺寸的第二相在奥氏体中生成析出,减弱析出强化对盘条强度的贡献;延长轧制变形后的保温时间,钢中析出物增多、尺寸增大;降低吐丝温度,有利于获得等轴晶的再结晶多边形铁素体组织,还可以提高TiC等在高温区的析出量,减弱析出强化效果;钛微合金化钢盘条的组织转变对冷却速率和缓冷时间均较为敏感,为避免产生过量低温转变组织如贝氏体、马氏体等硬相,要求盘条缓冷充分,措施主要是延长缓冷时间和降低冷却速率。试验得到C钢盘条在首钢的最佳生产工艺条件为:C≤0.055%、开轧温度约1000℃,中轧温度约910℃,精轧温度约950℃,吐丝温度约840℃,同时配合0.10 m/min的散冷线辊速,投用全部保温罩。