30MnSi PC鋼棒拉拔斷裂原因分析

岳好明 薛俊峰

(日照鋼鐵有限公司，山東276806)

30MnSiPC鋼棒拉拔斷裂原因分析

岳好明 薛俊峰

(日照鋼鐵有限公司，山東276806)

30MnSi在拉拔刻槽過程中出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，通過宏觀形貌觀察、化學(xué)成分、金相分析以及掃描電鏡微區(qū)分析，得出：連鑄坯皮下卷渣及局部增碳造成熱軋母材表面結(jié)疤，在后期拉拔過程中以結(jié)疤缺陷為裂紋源產(chǎn)生斷裂。

30MnSi；拉拔斷裂；卷渣；局部增碳；結(jié)疤

由中碳低合金鋼30MnSi制成的PC鋼棒具有高強韌、低松弛、握裹力強等特點，被廣泛應(yīng)用于管樁、電桿、高架橋墩、鐵路軌枕等構(gòu)件中[1]。PC鋼棒生產(chǎn)工藝為機械剝殼—拉拔—刻槽—中頻淬火—中溫回火。某公司生產(chǎn)的規(guī)格?12 mm的30MnSi的PC鋼棒在拉拔刻槽過程中出現(xiàn)了斷裂現(xiàn)象。本文對斷裂試樣的宏觀形貌、化學(xué)成分、金相組織、掃描電鏡微區(qū)成分進(jìn)行了分析，找出了其拉拔斷裂產(chǎn)生的原因。

1 理化檢驗

1.1 宏觀形貌

圖1、圖2為母材及PC鋼棒表面結(jié)疤缺陷宏觀形貌。從圖3斷口上的斷裂纖維發(fā)散方向可以判斷出斷裂源正位于表面結(jié)疤部位。

1.2 化學(xué)成分

表1是拉拔斷裂試樣化學(xué)成分實測值與冶金行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的對照表。各元素均符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，其中C、Si、P含量接近標(biāo)準(zhǔn)上限，Mn含量適中，S含量較低。

1.3 金相組織

從30MnSi母材結(jié)疤缺陷部位截取金相試樣進(jìn)行高倍檢驗。結(jié)果顯示：基體組織為F+P，靠 近結(jié)疤缺陷的表面存在明顯的局部增碳現(xiàn)象，增碳區(qū)域內(nèi)全部為珠光體組織(圖4)。對PC鋼棒斷口進(jìn)行縱剖，靠近裂紋源處的表面也存在明顯的增碳現(xiàn)象(圖5)。

圖1 母材試樣表面結(jié)疤缺陷宏觀形貌Figure 1 Macro appearance of scar defect on the surface of base material specimen

圖2 PC鋼棒斷裂部位表面結(jié)疤缺陷Figure 2 Scar defect on the surface of PC steel bar breakup location

圖3 PC鋼棒斷口形貌Figure 3 Fracture appearance of PC steel bar

CSiMnPS實測值0．311．021．030．0220．009YB/T4160—20070．28～0．330．70～1．100．90～1．30≤0．025≤0．025

圖4 母材結(jié)疤缺陷部位表面增碳現(xiàn)象 50×Figure 4 Carburetion phenomenon on the surface of base material scar defect location 50×

圖5 PC鋼棒裂紋源處增碳現(xiàn)象 50×Figure 5 Carburetion phenomenon of PC steel bar crack origin 50×

1.4 掃描電鏡分析

利用掃描電鏡對表面增碳區(qū)域進(jìn)行微觀形貌觀察及微區(qū)成分分析，發(fā)現(xiàn)增碳區(qū)域存在夾雜物，所含元素有Si、Ca、Na、O、Mg、Al，為保護(hù)渣成分。夾雜物形貌和能譜分析如圖6、圖7所示。

2 斷裂原因分析

通過觀察PC鋼棒斷口上斷裂纖維的發(fā)散方向，可知斷裂源位于表面結(jié)疤缺陷處；金相檢驗結(jié)果顯示，母材結(jié)疤缺陷及PC鋼棒斷裂源部位均存在非常明顯的局部增碳現(xiàn)象；掃描電鏡檢驗結(jié)果顯示，表面增碳區(qū)內(nèi)存在夾雜物，為保護(hù)渣成分。

圖6 增碳區(qū)域內(nèi)夾雜物形貌Figure 6 Inclusion appearance existing in carburation location

圖7 增碳區(qū)內(nèi)夾雜物能譜分析Figure 7 Energy spectrum analysis of carburetion region inclusion

通過以上分析，可以推斷出30MnSi在拉拔、刻槽過程中發(fā)生斷裂的原因是由于：連鑄坯皮下卷渣及局部區(qū)域增碳，造成熱軋母材表面結(jié)疤缺陷，在后期拉拔過程中以結(jié)疤缺陷為裂紋源產(chǎn)生斷裂。

3 結(jié)論

通過一系列理化檢驗分析得知，連鑄坯皮下卷渣及局部增碳是造成熱軋母材表面結(jié)疤，并導(dǎo)致形成以結(jié)疤缺陷為裂紋源的斷裂的原因。

[1] 何力國，王剛，薛俊峰，李明賢.PC鋼棒延遲斷裂的原因分析[J].物理測試2011，(6)：46-51.

編輯 杜 敏

Cause Analysis of Drawing Fracture for 30MnSi PC Steel Bar

YueHaoming,XueJunfeng

PC steel bar made from 30MnSi occurred breakup phenomenon during drawing and grooving process. By adopting a succession of macro appearance observation, chemical composition, metallurgical analysis and scanning electron microscope microzone analysis, it was concluded that entrapped slag under the surface and local carburetion of continuous casting blank resulted in surface scar of hot rolled base material, further the scar defect was the crack origin to form fracture in later drawing process.

30MnSi；drawing fracture；entrapped slag；local carburetion；scar

TG115

B

2013—01—08