硬線鋼拔絲斷裂原因探析

孟義春，燕建宏，午億土，苗國平

（首鋼長治鋼鐵有限公司煉鋼廠，山西 長治 046031）

試（實）驗研究

硬線鋼拔絲斷裂原因探析

孟義春，燕建宏，午億土，苗國平

（首鋼長治鋼鐵有限公司煉鋼廠，山西 長治 046031）

通過對硬線盤條進行成分及力學性能檢測、非金屬夾雜物評級、高倍圖片電鏡分析等，發(fā)現(xiàn)硬線鋼拔絲斷裂來源于鋼材心部的孔洞，主要是由于鑄坯中心部位存在嚴重的偏析及疏松現(xiàn)象。通過保證精煉軟吹時間、降低中包過熱度和控制軋制吐絲溫度等措施的實施，拔絲斷裂現(xiàn)象得到明顯改善。

硬線盤條 偏析 拔絲斷裂

硬線鋼具有強度高、硬度高、耐磨性優(yōu)異的性能，被廣泛用于鋼絲繩、預(yù)應(yīng)力鋼絲、鋼絞線等材料的加工。加工時需要將盤條從6.5 mm拉拔至2 mm以下，因此要求該材料具有非常優(yōu)異的拉拔性能［1-2］。我國目前生產(chǎn)的各種規(guī)格硬線鋼質(zhì)量雖有所提高，但仍然存在著力學性能不穩(wěn)定、拉拔斷裂嚴重的現(xiàn)象，給拉拔加工帶來了很大困難。

導致硬線拉拔斷裂的原因大致可分為硬線本身質(zhì)量因素和拉拔過程因素兩類［3］，一般硬線本身質(zhì)量因素主要有非金屬夾雜物、鋼材表面缺陷、中心偏、軋制工藝不合理產(chǎn)生的異常組織。首鋼長鋼公司在開發(fā)硬線盤條的過程中也存在拉拔斷裂的現(xiàn)象，因此針對這種情況進行原因分析并提出相應(yīng)的改進措施。

1 檢測分析

1.1 宏觀斷口形貌

取斷口宏觀進行分析，斷口直徑分別為Φ4.4、Φ4.0、Φ3.8 mm和Φ2.0 mm。鋼材的斷口沿拉拔方向呈“杯錐”狀，如圖1所示。盤條表面沒有明顯的缺陷，因此認為其裂紋主要由心部向外擴展，心部產(chǎn)生裂紋的主要原因可能是組織出現(xiàn)了異常，于是推斷拉拔斷裂原因為，內(nèi)部組織存在非金屬夾雜物、中心偏析或其他異常組織。

為了觀察心部的變形狀態(tài)，將斷口縱剖并在斷口附近取橫向金相試樣進行掃描電鏡分析。

圖1 硬線鋼拉拔斷裂形貌

1.2 成分及性能檢測（見表1）

表1 成分及性能檢測

從表1可知，上述5批次硬線鋼化學成分均在標準控制范圍內(nèi)，各微量元素被控制在較低水平，而且力學性能也無異常。

1.3 65鋼低倍組織分析（見下頁表2）

從低倍組織看，非金屬夾雜物級別符合標準要求。根據(jù)夾雜物檢測結(jié)果可以斷定，斷裂與表面非金屬夾雜物的關(guān)系很小。

表2 65鋼非金屬夾雜物評級 級

1.4 斷口橫向組織分析

圖2為70硬線鋼絲斷口附近橫向組織金相照片，在4個試樣中發(fā)現(xiàn)2個中心部位有孔洞，孔洞長度最大為40μm，寬度最大為30μm。

圖2 70硬線鋼斷口心部孔洞金相組織

1.5 斷口縱向掃描電鏡分析

對斷口縱剖試樣進行掃描電鏡分析，發(fā)現(xiàn)斷口周邊存在許多孔隙及裂紋，孔隙及裂紋長度為30～200μm不等，在裂紋處存在夾雜物，孔隙裂紋形貌及夾雜物能譜分析見圖3—圖4。

圖3 70硬線鋼斷口處裂紋及夾雜物能譜1

圖4 70硬線鋼斷口處裂紋及夾雜物能譜2

2 斷裂原因分析

1）拉拔斷口為杯錐狀，斷口附近未見明顯的表面缺陷，說明斷裂源來自鋼絲心部，掃描電鏡發(fā)現(xiàn)斷口附近試樣橫截面存在孔洞。

2）杯狀斷口周圍存在許多孔隙和裂紋，在孔隙和裂紋處均存在夾雜物，由此判斷斷裂源為盤條心部缺陷，產(chǎn)生原因主要是鑄坯存在較為嚴重的中心偏析及疏松，軋制后遺傳給盤條。在拉拔過程中，由于中心偏析的存在，盤條心部存在硬相組織，拉拔過程中產(chǎn)生微裂紋，裂紋逐漸擴展導致斷裂。

3）裂紋處夾雜物數(shù)量較多，增加了斷裂發(fā)生的幾率。

3 工藝改進

1）偏析實質(zhì)上是在結(jié)晶過程中產(chǎn)生的局部成分不均。為了抑制偏析，應(yīng)以提高鋼水結(jié)晶過程的冷卻速度為核心手段，使結(jié)晶盡快完成，不使柱狀晶發(fā)展。從生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果來看，硬線鋼過熱度偏高，2014年6—8月硬線鋼平均過熱度為41.6℃。過熱度偏高直接導致鑄坯中心偏析及疏松等缺陷級別的提高，嚴重影響盤條拉拔性能，甚至導致斷裂，因此需將過熱度控制在20～35℃。對于精煉工序，需要根據(jù)中包溫度情況控制好精煉結(jié)束溫度，實現(xiàn)全保護恒拉速澆鑄。

2）從65硬線盤條檢測結(jié)果來看，盤條全氧含量（質(zhì)量分數(shù)）偏高（平均35×10-6），需要進一步加強轉(zhuǎn)爐精煉過程脫氧，將全氧含量（質(zhì)量分數(shù)）控制在30×10-6以下。同時控制好生產(chǎn)節(jié)奏和周期，保證精煉軟吹時間不少于8 min，促進夾雜物上浮去除。

3）通過優(yōu)化軋后冷卻工藝，使盤條索氏體比例增加，以緩解中心偏析對盤條拉拔性能的影響。在880～920℃進行吐絲試驗，吐絲后直接進行強制風冷，風冷后將溫度控制在620～660℃，可以明顯提高索氏體組織比例。

4 結(jié)論

1）首鋼長鋼公司生產(chǎn)硬線鋼發(fā)生“杯錐”狀斷裂，主要原因是中心處出現(xiàn)空洞，鑄坯存在較為嚴重的中心偏析及疏松。中心部位受偏析影響其塑性較差，邊部組織塑性相對要好。在拉拔過程中塑性較差的中心區(qū)域先發(fā)生斷裂，同時由于拉拔力的作用，裂紋沿拉拔的反方向擴展，因而在中心區(qū)域產(chǎn)生了“人”字形裂紋，在宏觀上表現(xiàn)為筆尖狀斷口形貌。

2）通過調(diào)整優(yōu)化工藝措施，即保證精煉脫氧和軟吹時間、降低鋼水過熱度、控制吐絲溫度來減輕中心偏析及疏松現(xiàn)象，首鋼長鋼公司生產(chǎn)硬線鋼質(zhì)量有了明顯改善，拔絲斷裂現(xiàn)象大幅度減少。

［1］ 石敏，?？★w，劉鳶杰.65鋼拉拔筆尖狀斷裂原因分析：第九屆中國鋼鐵年會論文集［C］.北京：冶金工業(yè)出版社，2013：1-4.

［2］ 張燕平，王勇.宣鋼高線廠硬線鋼生產(chǎn)：2006年河北省軋鋼技術(shù)與學術(shù)年會論文集（上冊）［C］.石家莊：河北冶金學會，2006：259-260.

［3］ 陳健民.硬線盤條拉拔斷裂原因初步判斷［J］.軋鋼，2000，17（3）：58-62.

（編輯：胡玉香）

Analysis of Drawing Brittle Breaking for Hard Wire Rod

Meng Yichun，Yan Jianhong，Wu Yitu，Miao Guoping
（Technology Section of the Steelworks，ShouGang Changzhi Iron&Steel Co.，Ltd.，Changzhi Shanxi 046031）

Through the component and mechanical properties tests，non-metallic inclusion rating，microstructure pictures，microscope analysis methods of hard wire rod，this paper finds hard wire steel wire drawing fracture is from the heart of hole in steel，which is mainly due to the serious segregation and osteoporosis existing in slab center.Drawing brittle breaking is decreased obviously by controlling the refined soft blowing time and laying head temperature，reducing tundish superheat.

hard wire rod，segregation，drawing brittle breaking

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2015.06.13

TG115.21

A

1672-1152（2015）06-0037-02

2015-10-13

孟義春（1983—），男，主要從事煉鋼技術(shù)工作，煉鋼工程師。E-mail：421101955@qq.com