王小忠， 熊　鑫

(江蘇永鋼集團(tuán)有限公司，江蘇 張家港　215628)

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簾線盤條拉拔中酸槽爆裂原因分析與改進(jìn)*

王小忠， 熊鑫

(江蘇永鋼集團(tuán)有限公司，江蘇 張家港215628)

通過化學(xué)分析、金相檢驗(yàn)、能譜分析和硬度檢測(cè)等方法，分析了盤條表面缺陷及噴吹槽的成分、組織，找出引起酸洗槽爆裂的原因，并采取有效措施，避免了類似事故的發(fā)生。

簾線鋼； 酸洗槽； 不銹鋼； 噴吹槽

引言

簾線鋼盤條用于生產(chǎn)輪胎子午線，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用，盤條的規(guī)格一般為Φ5.5 mm，經(jīng)過多道拉拔和變形，最終使用尺寸為Φ0.15～0.38 mm。

輪胎子午線的生產(chǎn)工藝如下：母材機(jī)械剝殼去皮(4道輪子)→酸洗→硼化→拉拔至Φ2.4～3.2 mm(一般經(jīng)5道拉拔)→二次拉拔至Φ0.8～1.95 mm→鍍銅→熱處理(鉛浴、水浴、沙浴)→拉拔至Φ0.15～0.38 mm→絞股→層繞→包裝[1]。盤條在粗拉前需經(jīng)機(jī)械剝殼和酸洗，在剝殼與酸洗工序之間，盤條需經(jīng)過孔徑約為6 mm的噴吹槽，將剝殼后沾附在盤條表面的細(xì)小鐵屑進(jìn)行清掃，以保證酸洗效果。

某廠家使用80級(jí)簾線鋼在拉拔過程中出現(xiàn)酸洗槽爆裂的事故；該剝殼、酸洗作業(yè)為連續(xù)的在線生產(chǎn)，由于盤條卡死在噴吹槽中，在受力狀態(tài)下盤條斷裂并沖擊后道的酸洗槽，導(dǎo)致其爆裂，造成了較大的經(jīng)濟(jì)損失。

1　爆裂原因分析

1.1盤條表面凸起缺陷形貌分析

從噴吹槽槽孔中取出的盤條表面一側(cè)有連續(xù)分布的凸起缺陷，在圖1中所示位置分別截取橫、縱截面試樣，用ZEISS imager M2m金相顯微鏡對(duì)所取試樣進(jìn)行觀察：

圖1　橫、縱截面取樣位置

(1)未腐蝕前，凸起部位與原始母材在顯微鏡下存在明顯色差，可確定是包裹在母材表面的其他異金屬，兩者之間結(jié)合緊密，結(jié)合部位未觀測(cè)到氧化鐵，且發(fā)現(xiàn)樣品表面白亮區(qū)域?qū)嶋H均為異金屬包裹，如圖2，3所示。

圖2　橫截面凸起部位微觀形貌(50×)

圖3　縱截面凸起部位微觀形貌(100×)

(2)使用4%的硝酸酒精腐蝕后觀察，異金屬與母材組織的差異更為明顯，異常物質(zhì)經(jīng)腐蝕后無法觀察到基體組織形貌，在母材基體和異常物質(zhì)接觸區(qū)域存在組織形變，母材基體其他位置組織正常，以索氏體為主，如圖4，5所示。

根據(jù)觀察到的現(xiàn)象，使用ZEISS SUPRA 55型掃描電鏡和OXFORD AZTEC X-MAX50型能譜儀分析表面異常金屬的成分，確定該物質(zhì)為高Cr和高Ni的不銹鋼材質(zhì)，分析結(jié)果如表1和圖6所示。

圖4　橫截面腐蝕后組織(100×)

圖5　縱截面腐蝕后組織(100×)

w(C)w(Si)w(Cr)w(Mn)w(Fe)w(Ni)總量3.360.6717.820.2769.858.04100

圖6　異常金屬能譜分析結(jié)果

1.2噴吹槽體組織結(jié)構(gòu)分析

噴吹槽槽體由兩部分組成，通過螺紋連接。但該事故噴吹槽的螺紋部位已失效，已無法緊密連接(如圖7所示)；槽體內(nèi)側(cè)的進(jìn)口部位有多條磨光的溝痕，溝痕深度和尺寸經(jīng)比對(duì)與盤條一致，溝痕內(nèi)顏色白亮，與未磨光部位區(qū)別明顯，其中一條溝痕已磨穿，槽體的端部也有磨損痕跡，如圖8所示。

圖7　噴吹槽整體

圖8　槽體內(nèi)側(cè)磨損情況

在槽體的前、后兩個(gè)部位取樣，使用能譜定性分析，結(jié)果與盤條表面沾附的不銹鋼成分基本一致，為高Cr和高Ni的不銹鋼材質(zhì)，分析結(jié)果如表2所示。

表2　槽體兩部位能譜分析結(jié)果/%

1.3不銹鋼組織形貌對(duì)比分析

根據(jù)以上金相和能譜的分析結(jié)果，重新配制Cu2SO4溶液對(duì)噴吹槽和盤條外側(cè)沾附的異金屬進(jìn)行腐蝕[2]，并在顯微鏡下觀測(cè)其組織形貌，兩者均為奧氏體，組織形貌一致，如圖9,10所示。在與盤條接觸較為緊密的位置，外側(cè)的不銹鋼形變十分嚴(yán)重，如圖11所示。

圖9　槽體基體組織形貌(500×)

圖10　盤條表面附著金屬組織形貌(500×)

圖11　不銹鋼嚴(yán)重形變(500×)

1.4盤條與噴吹槽硬度對(duì)比

使用洛氏硬度計(jì)檢測(cè)槽體和盤條基體橫截面硬度，結(jié)果如圖12, 13所示，盤條硬度為103.8HRB，而槽體的硬度為87.3HRB，盤條硬度明顯高于槽體。

圖12　盤條基體硬度

圖13　槽體基體硬度

2　分析和討論

1)分布于盤條表面的宏觀缺陷非母材本身自帶，而是沾附了其他金屬，且經(jīng)能譜確認(rèn)，沾附的金屬應(yīng)為不銹鋼，其成分與噴吹槽槽體成分基本一致；

2)在沾附有不銹鋼的盤條表面觀察到明顯的形變組織，該形變組織為低溫下發(fā)生形變時(shí)產(chǎn)生，在盤條干拉過程中因潤滑不良而時(shí)常產(chǎn)生，故盤條與異金屬在接觸過程中受到了類似的摩擦力而形成形變組織，形成溫度較低；

3)在異金屬與盤條表面分界處未觀察到氧化鐵皮，可知其沾附在盤條表面時(shí)，盤條表面并沒有被氧化，故猜測(cè)不銹鋼沾附的位置應(yīng)該是在剝殼后或形成氧化鐵皮前，但如是在形成氧化鐵皮之前沾附，其一，軋制過程中盤條接觸的設(shè)備無不銹鋼材質(zhì)；其二，盤條未形成氧化鐵皮前溫度在900 ℃以上，盤條表面無法形成觀察到的形變組織，故不銹鋼沾附的位置應(yīng)是在剝殼之后；

4)觀察噴吹槽槽體可知，進(jìn)口部位內(nèi)側(cè)有多道溝痕，應(yīng)是在拉拔過程中長期與盤條摩擦所致，其中一條溝痕已磨穿，但還原槽體，進(jìn)口部位應(yīng)是和后側(cè)的槽體通過螺紋相連的，應(yīng)不會(huì)與盤條之間產(chǎn)生接觸，故猜測(cè)進(jìn)口部位的槽體已與后側(cè)脫離，且長期單掛在盤條上與盤條之間摩擦，該槽體長期保持分離

狀態(tài)，未及時(shí)進(jìn)行維修；硬度的檢測(cè)值顯示，槽體的硬度相對(duì)于盤條是偏低的，即使長期處于該狀態(tài)下，也并未對(duì)盤條形成明顯影響；

5)外側(cè)異金屬變形較小區(qū)域的基體組織與噴吹槽槽體一致，硬度較槽體略高，但從嚴(yán)重變形區(qū)域的硬度分析，這與形變的程度不一有關(guān)，而外側(cè)包裹的不銹鋼大部分變形是比較嚴(yán)重的，故在沾附過程中應(yīng)是受到了很大的擠壓和摩擦，這與盤條表面形變組織相對(duì)應(yīng)。

綜上所述，本次酸洗槽爆裂的事故原因與母材表面缺陷并無聯(lián)系，應(yīng)是由不銹鋼噴吹槽槽體年久失修、損壞嚴(yán)重有關(guān)。

3　改進(jìn)措施

根據(jù)檢驗(yàn)分析的結(jié)果，該廠家提出了以下改進(jìn)措施：

(1)對(duì)現(xiàn)有拉拔生產(chǎn)線的噴吹槽進(jìn)行排查，發(fā)現(xiàn)有磨損和失效的立即進(jìn)行更換；

(2)制定了噴吹槽點(diǎn)檢規(guī)程，定期(每班一次)檢查噴吹槽的運(yùn)行情況。

措施實(shí)施后未再發(fā)生此類問題。

4　結(jié)束語

通過嚴(yán)謹(jǐn)、客觀、準(zhǔn)確的分析方法，找出事故產(chǎn)生的原因，并采取有效措施，避免類似事件的發(fā)生，對(duì)其他事故的分析有一定的借鑒意義。

[1]江蘇興達(dá)鋼簾線集團(tuán)有限公司.鋼簾線生產(chǎn)[M].北京:北京科技大學(xué)壓力加工系,1996.

[2]董加坤.制作奧氏體不銹鋼金相試樣的高效侵蝕劑配方及使用方法[J].金屬學(xué)熱處理，2011,36(5)：133—135.

2016-04-05

王小忠(1974—)，男，高級(jí)工程師。電話：18151139313；E-mail：jyxc1997@126.com

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