孫福猛+林晏民+謝素霞

摘 要：研究分析了65高碳鋼盤條拉拔異常斷口，斷口的宏觀形貌呈筆尖狀。對(duì)其斷口表面和樣品縱截面及母材橫截面分別進(jìn)行了掃描電鏡及金相觀察。實(shí)驗(yàn)認(rèn)為心部有碳偏析存在，是造成筆尖狀斷口的主要原因。

關(guān)鍵詞：盤條；筆尖狀斷口；碳偏析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.10.007

0 前言

65鋼盤條具有高強(qiáng)度、高硬度、耐磨性等優(yōu)異的性能，因此廣泛用于鋼釘、鋼絲繩、鋼絞線、膠管鋼絲、胎圈鋼絲、彈簧鋼絲等的原料。盤條在拉拔過程中常出現(xiàn)斷線、斷絲的現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)使生產(chǎn)無法進(jìn)行，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率帶來嚴(yán)重影響。盤條在拉拔過程中斷絲與其表面缺陷、心部偏析和內(nèi)部組織不正常有關(guān)。國內(nèi)某線材廠使用的65鋼在拉拔加工成鋼絲過程中發(fā)生斷裂，斷口呈筆尖狀形貌。此鋼的工藝流程為：鐵水預(yù)處理→轉(zhuǎn)爐冶煉→LF爐精煉→方坯連鑄→鑄坯熱送→加熱爐→高線控軋控冷→精整。本文通過對(duì)此拉拔異常斷口進(jìn)行分析，探討其形成的原因。

1 實(shí)驗(yàn)

從二次加工生產(chǎn)企業(yè)取回同一批次不同冷拉拔程度斷裂的65高碳鋼試樣，拉拔程度分別為3.50mm、4.70mm、5.75mm筆尖狀斷口試樣各1支及母材試樣1支。檢測(cè)步驟如下：

（1）先對(duì)宏觀斷口型貌進(jìn)行觀察，然后用金相精密切割機(jī)分別切下不同拉拔程度的三個(gè)試樣斷口，進(jìn)行掃描電鏡觀察。

（2）對(duì)每個(gè)試樣不同位置切取縱截面3個(gè)，通過粗磨、細(xì)磨、拋光、4%硝酸酒精溶液腐蝕后在光學(xué)顯微鏡下觀察拉拔情況，獲取有關(guān)拉拔過程信息。

（3）對(duì)母材的橫截面進(jìn)行金相檢測(cè)。

1.1 斷口宏觀形態(tài)

筆尖狀斷裂試樣典型斷口宏觀形貌如圖1，1號(hào)試樣拉拔程度為3.50mm，2號(hào)試樣拉拔程度為4.70mm，3號(hào)試樣拉拔程度為5.75mm，3支試樣斷口都呈明顯的筆尖型，從試樣邊緣向心部凸起，且鋼材表面沒有明顯缺陷，因此拉拔斷裂原因初步推斷為斷口由心部向外擴(kuò)展斷裂[1]。

1.2 掃描電鏡檢測(cè)

采用KYKY-3800型掃描電鏡對(duì)1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)試樣斷口進(jìn)行高倍觀察，斷口處微觀形貌見圖2、圖3、圖4。從圖片可以看出試樣表面的撕裂嶺呈波浪狀從心部向外擴(kuò)散，判斷裂紋源于心部。

1.3 金相檢測(cè)

（1）在每個(gè)筆尖狀斷口試樣不同位置取3個(gè)小段分析其縱截面金相，分析結(jié)果如表1。每個(gè)試樣裂紋形態(tài)如圖5、圖6、圖7所示：

1號(hào)到3號(hào)所有縱截面試樣呈現(xiàn)不同程度的從外部到心部的不均勻變形。 1號(hào)2號(hào)試樣用光學(xué)顯微鏡觀察縱向型貌，在心部發(fā)現(xiàn)裂紋從心部中間位置開始產(chǎn)生，向邊部擴(kuò)展，呈“V”字型。3號(hào)試樣只有中心一個(gè)小裂紋平臺(tái)，且裂紋有V字型發(fā)展的趨勢(shì)，即3號(hào)試樣內(nèi)部結(jié)構(gòu)形態(tài)是比較接近試樣拉拔前的起始形態(tài)。

（2）對(duì)母材橫截面試樣拋光后用光學(xué)顯微鏡進(jìn)行金相檢測(cè)，在100X條件下觀察，心部有明顯碳偏析存在如圖8。

2 結(jié)果分析

拉拔的外部到心部的不均勻變形是周期性 V形裂紋產(chǎn)生的外在原因。母材心部有碳偏析存在，其心部的塑性較差，試樣心部會(huì)更易先產(chǎn)生裂紋是V形裂紋產(chǎn)生的內(nèi)在原因。在拉拔過程中表層金屬變形量大， 心部塑性較差變形量小，當(dāng)拉拔變形到一定程度，表面變形大過試樣心部變形，外表面對(duì)心部產(chǎn)生拉應(yīng)力，加上試樣心部原來所受拉拔應(yīng)力，當(dāng)心部所受的拉應(yīng)力大于其抗拉能力時(shí)，心部產(chǎn)生裂紋。由3號(hào)試樣縱截面圖可確定，試樣的裂紋起源于試樣心部。心部裂開以后，靠近心部的組織受力變大，應(yīng)力集中[2]，裂紋由心部向邊緣擴(kuò)展，一邊受力一邊變形，只能以中心裂紋的形成來達(dá)到力的平衡和速度場(chǎng)的變化，即形成了V字型裂紋直至斷裂，最后形成筆尖狀斷口。

導(dǎo)致中心偏析的直接原因可能是由連鑄方坯帶來的影響，方坯在結(jié)晶器結(jié)晶過程中同時(shí)向外移動(dòng)，因內(nèi)外冷卻梯度的影響，中心液體溶質(zhì)較高， 隨著凝固的進(jìn)行， 中心液體越來越少并成糊狀， 失去流動(dòng)性， 同時(shí)富集溶質(zhì)的殘余液體沿枝晶間流動(dòng)，凝固后形成中心偏析[3]。

3 改進(jìn)措施及效果

由于65鋼心部出現(xiàn)碳偏析是造成筆尖狀斷口形成的主要原因，因此在工藝上應(yīng)抑制心部碳偏析為主。特此采取了以下措施：

（1）在連鑄結(jié)晶器和凝固末端區(qū)采用電磁攪拌[4]，中包過熱度控制在35℃以內(nèi)進(jìn)行澆注，降低鑄坯的中心碳偏析。

（2）為抑制心部碳偏析，在65鋼化學(xué)成分一致的情況下，應(yīng)適當(dāng)提高鋼水結(jié)晶過程中的冷卻速度，拉速控制在（2.0±1）m/min，使結(jié)晶盡快完成，減少碳偏析形成。

通過改進(jìn)后，在100X條件下觀察，母材中心偏析得到緩解，如圖9。65高碳鋼拉拔性能得到了明顯的改善，改進(jìn)后一年內(nèi)客戶關(guān)于拉拔斷筆尖狀斷口的質(zhì)量異議起數(shù)為零起，滿足客戶的使用要求。

4 結(jié)論

65高碳盤條拉拔斷裂形成筆尖狀斷口的原因是方坯在結(jié)晶器結(jié)晶過程中心部形成碳偏析。線材中心偏析，心部塑性較差，客戶拉拔過程中早期心部產(chǎn)生裂紋，裂紋在力的作用下擴(kuò)展斷裂，導(dǎo)致形成筆尖狀斷裂。

參考文獻(xiàn)：

[1]石敏，?？★w，劉鳶杰.65鋼拉拔筆尖狀斷裂原因分析[C].方大特鋼科技股份有限公司.南昌.第九屆中國鋼鐵年會(huì)文集，2013：1-4.

[2]李靜宇，蘇白蘭，張振申.高碳盤條拉拔斷口分析[J].金屬制品，2005（05）：46-47.

[3]杜立超，王忠偉，張華東等.SWRH82B盤條質(zhì)量引起的斷裂問題分析 [J].金屬制品，2010（05）：62-65.

[4]李祥才.60鋼線材拉拔斷裂原因分析[J].金屬制品，2004 （02）：29-30.

作者簡介：孫福猛（1990-），男，內(nèi)蒙古赤峰人，蒙古族，本科，金屬材料助理工程師，研究方向：金屬材料與熱處理。