摘 要:針對高碳硬線拉拔時容易產(chǎn)生脆斷的問題,選取82B高碳硬線為樣品,對其斷口進(jìn)行檢驗,確定產(chǎn)生脆斷的主要原因,并提出有效的應(yīng)對措施。
關(guān)鍵詞:高碳硬線;拉拔脆斷
中圖分類號:TG356 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號: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)過程中應(yīng)用廣泛。但在高碳硬線拉拔實踐中發(fā)現(xiàn),脆斷率明顯升高,嚴(yán)重影響后續(xù)生產(chǎn),對此應(yīng)引起相關(guān)人員高度重視。
1 樣品選取和檢驗
1.1 樣品選取
產(chǎn)品跟蹤的同時即可取得樣品,分析82B高碳硬線,其脆裂產(chǎn)生于拉拔時,以第一二道次為最多。對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
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)?,同時兩個斷口可以整齊對接。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,沒有夾雜物。當(dāng)斷口呈劈裂狀時為異常斷口,沒有縮頸,肉眼無法觀察到變形量,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
肉眼觀察斷口處沒有夾雜物。沿縱向剖開后借助金相顯微鏡對夾雜物進(jìn)行評級分析,結(jié)果表面夾雜物以0.5級為主,少數(shù)為1級,基本滿足要求?;诖?,夾雜物不是造成樣品脆斷的主要因素。
1.2.3 金相組織
對于正常樣品,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,可見心部存在馬氏體組織,而其它部位均為索氏體組織,沒有脫碳層及網(wǎng)狀伸碳體。沿縱向剖開樣品進(jìn)行觀察,可見馬氏體組織為竹節(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
通過仔細(xì)觀察得出,斷口周圍存在表面損傷及結(jié)疤問題,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,理論上是不會出現(xiàn)馬氏體組織的。從常理上講,盤條表面實際冷速比心部高,即便會出現(xiàn)馬氏體組織,也應(yīng)該在表面出現(xiàn),而非心部。針對斷口周圍作線掃描能譜分析,結(jié)果表面心部Cr與Mn實際含量比邊部高很多。對斷口從外到內(nèi)進(jìn)行分層車削,然后使用紅外碳硫儀對內(nèi)外層碳的含量進(jìn)行測定,結(jié)果表明碳含量差別很小,即無碳偏析[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,原因為成分偏析。在連鑄時,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實際含量偏高,在后續(xù)軋制時使C曲線具體位置變化,向右側(cè)移動,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,在軋制過程中將變成應(yīng)力集中點,致使拉拔變形時十分容易破碎,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)疤在拉拔時將變成應(yīng)力集中點,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Mn實際含量變化也很大。Cr實際含量在0.32~0.36%范圍內(nèi),Mn實際含量在0.75~0.90%范圍內(nèi)。經(jīng)試驗,斷口Cr實際含量為0.350~0.358%,Mn實際含量為0.832~0.836%,含量偏于上限?;诖耍瑹掍撨^程中應(yīng)縮減Cr與Mn的含量控制范圍,同時將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,在入爐之前,必須對鑄坯質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)[3]?,F(xiàn)階段很多鋼廠都沒有達(dá)到鑄坯無缺陷的理想程度,加之現(xiàn)場普遍缺乏修磨的條件,采用在入爐前人工挑揀廢品的方式,根本無法把關(guān),導(dǎo)致缺陷必然被帶至成品,對用戶的使用造成影響。對此,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)的各項要求,從而提高產(chǎn)品質(zhì)量。
軋制過程中,正確安裝并及時更換軋槽,并對各道次實際變形量進(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,以線材直徑及環(huán)境溫度和實際變化等為依據(jù),對冷卻工藝參數(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;而角度過大時,在對鋼絲進(jìn)行拉拔時會產(chǎn)生歪斜,導(dǎo)致表層發(fā)熱,使心部產(chǎn)生斷裂。通過和用戶之間的緊密溝通,在實際生產(chǎn)中應(yīng)將拉拔角度控制在12~14°范圍內(nèi)[4]。
拔絲中潤滑往往占據(jù)主導(dǎo)地位,如果潤滑較差,則會直接擦傷鋼絲,出現(xiàn)明顯的摩擦疤痕。此外,因模具潤滑較差,內(nèi)壁不光滑或者口處有破損,在盤條通過后會產(chǎn)生線紋,持續(xù)拉拔時,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。通過對拉拔工藝過程的動態(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條,但因所用潤滑劑各不相同,所以脆斷率也有明顯差別,用好潤滑劑的廠家,在拔絲過程中基本沒有脆斷現(xiàn)象??梢姡WC潤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)對措施為依據(jù),尤其是減少Cr實際含量,縮減Mn實際含量控制范圍,并合理采用的多段電磁攪拌等技術(shù),實際生產(chǎn)質(zhì)量得到明顯提升。實踐表明,所生產(chǎn)的線材沒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,基本根治了脆斷問題。
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題。
(5)必須確保拉板工藝滿足要求,根據(jù)實際情況進(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)實踐[J].云南冶金,2014,43(05):54~59.
收稿日期:2018-3-23
作者簡介: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。