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        分析高碳硬線拉拔脆斷原因及應(yīng)對(duì)措施

        2018-01-01 00:00:00楊濤
        大科技·D版 2018年4期

        摘 要:針對(duì)高碳硬線拉拔時(shí)容易產(chǎn)生脆斷的問(wèn)題,選取82B高碳硬線為樣品,對(duì)其斷口進(jìn)行檢驗(yàn),確定產(chǎn)生脆斷的主要原因,并提出有效的應(yīng)對(duì)措施。

        關(guān)鍵詞:高碳硬線;拉拔脆斷

        中圖分類號(hào):TG356 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1004-7344(2018)12-0247-02

        在金屬制品行業(yè)中,高碳硬線是重要生產(chǎn)原料,在鋼絞線及預(yù)應(yīng)力鋼絲等的生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)用廣泛。但在高碳硬線拉拔實(shí)踐中發(fā)現(xiàn),脆斷率明顯升高,嚴(yán)重影響后續(xù)生產(chǎn),對(duì)此應(yīng)引起相關(guān)人員高度重視。

        1 樣品選取和檢驗(yàn)

        1.1 樣品選取

        產(chǎn)品跟蹤的同時(shí)即可取得樣品,分析82B高碳硬線,其脆裂產(chǎn)生于拉拔時(shí),以第一二道次為最多。對(duì)82B高碳硬線而言,其生產(chǎn)工藝包括:①高爐鐵水;②轉(zhuǎn)爐;③LF鋼包爐精煉;④真空脫氣;⑤連鑄;⑥開(kāi)坯,按(152×152)mm控制規(guī)格;⑦軋制;⑧斯太爾摩線控冷。

        1.2 樣品檢驗(yàn)

        1.2.1 斷 口

        斷口一般形貌以杯凸?fàn)顬橹鳎渲幸欢顺时瓲?,而另外一端則呈凸?fàn)睿瑫r(shí)兩個(gè)斷口可以整齊對(duì)接。此外,斷口處還有縮頸,斷口表面不平整,為灰色纖維,具有較強(qiáng)的立體感,用掃描電鏡可發(fā)現(xiàn)若干淺韌窩。斷口的周圍很潔凈,沒(méi)有夾雜物。當(dāng)斷口呈劈裂狀時(shí)為異常斷口,沒(méi)有縮頸,肉眼無(wú)法觀察到變形量,表面光滑且有一定金屬光澤,用掃描電鏡可發(fā)現(xiàn)解理斷口[1]。

        1.2.2 夾雜物

        肉眼觀察斷口處沒(méi)有夾雜物。沿縱向剖開(kāi)后借助金相顯微鏡對(duì)夾雜物進(jìn)行評(píng)級(jí)分析,結(jié)果表面夾雜物以0.5級(jí)為主,少數(shù)為1級(jí),基本滿足要求。基于此,夾雜物不是造成樣品脆斷的主要因素。

        1.2.3 金相組織

        對(duì)于正常樣品,其組織大多為S+少量F,其晶粒度保持在9~10級(jí)范圍內(nèi),索氏體化率約85%,均能滿足要求。樣品經(jīng)試劑腐蝕后進(jìn)行顯微鏡觀察,可見(jiàn)心部存在馬氏體組織,而其它部位均為索氏體組織,沒(méi)有脫碳層及網(wǎng)狀伸碳體。沿縱向剖開(kāi)樣品進(jìn)行觀察,可見(jiàn)馬氏體組織為竹節(jié)狀。由此可知,樣品受拉拔力后,其馬氏體處在斷裂不連續(xù)實(shí)際狀態(tài),出現(xiàn)若干孔洞及微小裂縫,和索氏體組織有十分明顯的差別。

        1.2.4 表 面

        通過(guò)仔細(xì)觀察得出,斷口周圍存在表面損傷及結(jié)疤問(wèn)題,主要由樣品表面本身存在缺陷或拉拔操作不正規(guī)等原因造成。

        2 缺陷分析、脆斷原因與應(yīng)對(duì)措施

        2.1 缺陷分析

        2.1.1 馬氏體組織

        當(dāng)82B高碳硬線處于風(fēng)冷條件時(shí),理論上是不會(huì)出現(xiàn)馬氏體組織的。從常理上講,盤(pán)條表面實(shí)際冷速比心部高,即便會(huì)出現(xiàn)馬氏體組織,也應(yīng)該在表面出現(xiàn),而非心部。針對(duì)斷口周圍作線掃描能譜分析,結(jié)果表面心部Cr與Mn實(shí)際含量比邊部高很多。對(duì)斷口從外到內(nèi)進(jìn)行分層車削,然后使用紅外碳硫儀對(duì)內(nèi)外層碳的含量進(jìn)行測(cè)定,結(jié)果表明碳含量差別很小,即無(wú)碳偏析[2]。

        Cr與Mn為穩(wěn)定奧氏體重要元素,使奧氏體處在低溫條件,進(jìn)而發(fā)生轉(zhuǎn)變,形成馬氏體組織,最終違反常理,在心部出現(xiàn)馬氏體組織。心部含有很多Cr與Mn,原因?yàn)槌煞制觥T谶B鑄時(shí),冷卻緩慢,且條件有明顯差異,導(dǎo)致枝晶偏析十分嚴(yán)重,造成局部Cr與Mn實(shí)際含量偏高,在后續(xù)軋制時(shí)使C曲線具體位置變化,向右側(cè)移動(dòng),在心部由于Cr與Mn偏析導(dǎo)致馬氏體產(chǎn)生。心部馬氏體組織為硬脆相,在軋制過(guò)程中將變成應(yīng)力集中點(diǎn),致使拉拔變形時(shí)十分容易破碎,形成裂紋源。

        2.1.2 表面缺陷

        表面缺陷主要包括以下幾種:裂紋、結(jié)疤、折疊與斷絲等。其中,裂紋與結(jié)疤在拉拔時(shí)將變成應(yīng)力集中點(diǎn),在結(jié)疤位置上存在的硬脆相受拉拔力作用進(jìn)入基體,產(chǎn)生裂紋及凹坑,伴隨拉拔道次不斷增加,裂紋及凹坑持續(xù)擴(kuò)展,進(jìn)而造成斷裂。

        2.2 脆斷原因與應(yīng)對(duì)措施

        2.2.1 煉鋼工藝

        從上述分析結(jié)果中可知,心部Cr與Mn偏析是造成馬氏體組織產(chǎn)生的首要因素。為確保索氏體化率滿足要求,需加入更多Cr,同時(shí)Mn實(shí)際含量變化也很大。Cr實(shí)際含量在0.32~0.36%范圍內(nèi),Mn實(shí)際含量在0.75~0.90%范圍內(nèi)。經(jīng)試驗(yàn),斷口Cr實(shí)際含量為0.350~0.358%,Mn實(shí)際含量為0.832~0.836%,含量偏于上限?;诖?,煉鋼過(guò)程中應(yīng)縮減Cr與Mn的含量控制范圍,同時(shí)將Cr降低至0.24~0.28%,Mn含量按0.73~0.82%進(jìn)行控制,這能抑制Cr與Mn的偏析,從而防止心部馬氏體組織的出現(xiàn)。

        2.2.2 軋鋼工藝

        軋鋼時(shí),在入爐之前,必須對(duì)鑄坯質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)[3]?,F(xiàn)階段很多鋼廠都沒(méi)有達(dá)到鑄坯無(wú)缺陷的理想程度,加之現(xiàn)場(chǎng)普遍缺乏修磨的條件,采用在入爐前人工挑揀廢品的方式,根本無(wú)法把關(guān),導(dǎo)致缺陷必然被帶至成品,對(duì)用戶的使用造成影響。對(duì)此,應(yīng)加快修磨系統(tǒng)建設(shè)進(jìn)度,盡早處理缺陷,滿足生產(chǎn)的各項(xiàng)要求,從而提高產(chǎn)品質(zhì)量。

        軋制過(guò)程中,正確安裝并及時(shí)更換軋槽,并對(duì)各道次實(shí)際變形量進(jìn)行合理調(diào)整,使料型和導(dǎo)衛(wèi)配備達(dá)到合理,削弱或避免刮絲及黏鋼,從而防止表面缺陷的產(chǎn)生。軋制完成,在冷卻時(shí),以線材直徑及環(huán)境溫度和實(shí)際變化等為依據(jù),對(duì)冷卻工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)整,確保冷卻速度達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài),從而獲得正常組織,防止缺陷產(chǎn)生。

        2.2.3 拉拔工藝

        選定適宜拉拔角度至關(guān)重要。如果角度較過(guò)小,則造成模具口嚴(yán)重磨損,使鋼絲表面產(chǎn)生裂紋;而角度過(guò)大時(shí),在對(duì)鋼絲進(jìn)行拉拔時(shí)會(huì)產(chǎn)生歪斜,導(dǎo)致表層發(fā)熱,使心部產(chǎn)生斷裂。通過(guò)和用戶之間的緊密溝通,在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)將拉拔角度控制在12~14°范圍內(nèi)[4]。

        拔絲中潤(rùn)滑往往占據(jù)主導(dǎo)地位,如果潤(rùn)滑較差,則會(huì)直接擦傷鋼絲,出現(xiàn)明顯的摩擦疤痕。此外,因模具潤(rùn)滑較差,內(nèi)壁不光滑或者口處有破損,在盤(pán)條通過(guò)后會(huì)產(chǎn)生線紋,持續(xù)拉拔時(shí),在外力作用下,線紋張力增大,達(dá)到界限后產(chǎn)生裂紋,甚至劈裂。通過(guò)對(duì)拉拔工藝過(guò)程的動(dòng)態(tài)跟蹤發(fā)現(xiàn),很多廠家都使用相同的拔絲設(shè)備,并且提供相同批次的盤(pán)條,但因所用潤(rùn)滑劑各不相同,所以脆斷率也有明顯差別,用好潤(rùn)滑劑的廠家,在拔絲過(guò)程中基本沒(méi)有脆斷現(xiàn)象??梢?jiàn),保證潤(rùn)滑良好是防止拉拔脆斷關(guān)鍵基礎(chǔ)條件。

        2.3 改進(jìn)效果

        以上述脆斷原因分析成果與應(yīng)對(duì)措施為依據(jù),尤其是減少Cr實(shí)際含量,縮減Mn實(shí)際含量控制范圍,并合理采用的多段電磁攪拌等技術(shù),實(shí)際生產(chǎn)質(zhì)量得到明顯提升。實(shí)踐表明,所生產(chǎn)的線材沒(méi)有不正常的馬氏體組織產(chǎn)生,且Cr與Mn的偏析指數(shù)保持在正常范圍內(nèi)。另外,表面質(zhì)量也得到明顯改善,得到用戶認(rèn)可與好評(píng),基本根治了脆斷問(wèn)題。

        3 結(jié) 論

        根據(jù)上述分析結(jié)果,可得:

        (1)心部產(chǎn)生不正常的馬氏體組織與表面缺陷的存在是引起脆斷現(xiàn)象主要原因。

        (2)心部Cr與Mn的偏析是導(dǎo)致馬氏體組織產(chǎn)生主要原因。

        (3)冶金質(zhì)量不合格與拉拔操作不規(guī)范是造成表面缺陷的主要原因。

        (4)對(duì)Mn含量控制范圍進(jìn)行縮減,并減少Cr,能有效減輕由偏析造成的影響及問(wèn)題。

        (5)必須確保拉板工藝滿足要求,根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行工藝改進(jìn),以保證產(chǎn)品質(zhì)量,從本質(zhì)上避免脆斷的產(chǎn)生。

        參考文獻(xiàn)

        [1]董 捷,陳 林,呂 剛.小方坯生產(chǎn)SWRH82B高碳硬線研究與實(shí)踐[J].包鋼科技,2017,43(02):35~37+48.

        [2]胡 明,翟有有,付紅衛(wèi).高碳硬線鋼潔凈度控制及改進(jìn)[J].甘肅冶金,2017,39(02):11~13.

        [3]桂仲林,張正林,王向紅.高碳硬線鋼小方坯末端電磁攪拌工藝實(shí)踐[J].上海金屬,2016,38(03):48~52.

        [4]張 坤,陳 偉.60高碳硬線鋼的生產(chǎn)實(shí)踐[J].云南冶金,2014,43(05):54~59.

        收稿日期:2018-3-23

        作者簡(jiǎn)介:楊 濤(1989-),男,助理工程師,本科,主要從事材料成型及控制工程工作。

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