82B線材除氧化鐵皮過(guò)程斷裂分析

趙新成，楊文濤，張　穎

（陜鋼集團(tuán)漢中鋼鐵有限責(zé)任公司， 陜西　漢中　724200）

82B線材除氧化鐵皮過(guò)程斷裂分析

趙新成，楊文濤，張穎

（陜鋼集團(tuán)漢中鋼鐵有限責(zé)任公司， 陜西漢中724200）

通過(guò)斷口宏觀形貌分析、斷口成分分析、能譜分析、金相分析，研究探討82B盤(pán)條除氧化鐵皮過(guò)程斷裂原因。研究結(jié)果顯示：斷口呈人字型花紋；出現(xiàn)斷裂的原因?yàn)楸P(pán)條邊部存在級(jí)別較高的夾雜物。此結(jié)果可為82B線材除氧化鐵皮過(guò)程斷裂分析提供理論依據(jù)。

82B除氧化鐵皮斷口人字型花紋

82B線材經(jīng)拉拔、絞線后可制作預(yù)應(yīng)力鋼絲鋼絞線，廣泛用于大型建筑、橋梁、水利設(shè)施等重點(diǎn)工程，市場(chǎng)需求量越來(lái)越大。要求82B具有穩(wěn)定的化學(xué)成分、純凈的鋼質(zhì)、良好的力學(xué)性能。82B線材在拉拔時(shí)首先要除去自身氧化鐵皮，近年來(lái)隨著環(huán)保要求越來(lái)越嚴(yán)，部分企業(yè)選擇機(jī)械除氧化鐵皮的方法[1]。本公司生產(chǎn)82B線材以來(lái)，在下游拉拔除氧化鐵皮過(guò)程中出現(xiàn)多次斷裂。為改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量，對(duì)斷裂試樣進(jìn)行了相關(guān)的理化檢測(cè)，找出斷裂的原因。

1　斷口宏觀形貌

Φ6.5硬線在除磷過(guò)程中斷裂，斷口形貌如圖1所示。

圖1　斷口宏觀形貌

2　斷口成分

取兩組斷口試樣進(jìn)行光譜分析，成分見(jiàn)表1，未出現(xiàn)成分超標(biāo)。

3　金相分析

分別對(duì)1號(hào)、2號(hào)斷口試樣附近橫截面處進(jìn)行金相組織和夾雜物分析，1號(hào)試樣結(jié)果見(jiàn)圖2，由圖2-1可以看出基體組織為鐵素體+珠光體+索氏體，索氏體含量（體積分?jǐn)?shù)）約為91%；從圖2-2可以看出基體中心位置存在馬氏體，馬氏體級(jí)別為2.0級(jí)。2號(hào)試樣結(jié)果見(jiàn)下頁(yè)圖3，由下頁(yè)圖3-1可以看出基體組織為鐵素體+珠光體+索氏體，索氏體含量（體積分?jǐn)?shù)）約為90%；從由下頁(yè)圖3-2可以看出中心位置無(wú)網(wǎng)狀滲碳體和馬氏體。

表1　斷口成分　%

圖2　1號(hào)試樣金相組織和夾雜物

4　顯微分析

分別對(duì)1號(hào)、2號(hào)斷口試樣做掃描電鏡分析和能譜分析，結(jié)果見(jiàn)下頁(yè)圖4、圖5。從下頁(yè)圖4-1和可以看到1號(hào)斷口試樣呈人字型花紋，為脆性斷裂[2]，裂紋源在人字型花紋尖端，裂紋源如圖所標(biāo)處；下頁(yè)圖4-2為斷口裂紋源位置的斷口形貌，可以看出存在夾雜物，對(duì)029、031兩處經(jīng)能譜分析后，如下頁(yè)圖4-3、圖4-4所示，29處為硅鈣氧化物類(lèi)夾雜，30處為硅鋁氧化物類(lèi)夾雜。圖5與圖4一致，5-3為043處能譜分析結(jié)果，夾雜物為氧化硅類(lèi)夾雜。

圖3　2號(hào)試樣金相組織和夾雜物

圖4　1號(hào)試樣掃描電鏡分析和能譜分析

5　分析與討論

從金相圖分析可以知道1號(hào)試樣心部有馬氏體，2號(hào)試樣心部無(wú)馬氏體，索氏體化率較高。經(jīng)過(guò)研究得出，馬氏體是中高碳線材拉拔筆尖狀斷裂的主要原因之一[3-6]。在拉拔過(guò)程中表層金屬變形大，芯部金屬變形小，當(dāng)拉拔變形到一定程度，超過(guò)材料的強(qiáng)度極限時(shí)，只能以中心裂紋的形成來(lái)達(dá)到力的平衡和順應(yīng)速度場(chǎng)的變化。表層金屬既要沿軸向流動(dòng)，又要向心部流動(dòng)，而且還要受到?？椎哪Σ磷璧K，因此導(dǎo)致表層金屬沿軸向的流動(dòng)始終滯后于芯部金屬。這種金屬的不均勻流動(dòng)而引起的附加應(yīng)力使得中心裂紋逐步呈形擴(kuò)展，斷裂后呈現(xiàn)筆尖狀的形貌特征。心部馬氏體并非裂紋源在斷口表層附近的脆性斷裂的原因。

圖5　2號(hào)試樣掃描電鏡分析和能譜分析

SEM圖片看到兩個(gè)斷口均呈人字型花紋，裂紋源位于人字型花紋頂端，均為脆性斷裂。金屬材料中晶界、相界、孿晶界、夾雜物等處容易使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受阻，由積塞位錯(cuò)造成的應(yīng)力產(chǎn)生裂紋源，在外力的作用下促使裂紋的擴(kuò)展，最終導(dǎo)致材料斷裂[2]。從裂紋源附近SEM圖片中看出存在較大顆粒的夾雜物，從圖5-2可知道夾雜物級(jí)別在幾十微米數(shù)量級(jí)。經(jīng)過(guò)能譜分析夾雜物的成分知道夾雜物為硅鈣混合氧化物類(lèi)、硅鋁混合氧化物類(lèi)以及氧化硅類(lèi)夾雜。由以上分析可知在除氧化鐵皮過(guò)程中，在外力作用下裂紋源先從夾雜物處產(chǎn)生，然后迅速擴(kuò)展，最終導(dǎo)致斷裂。

6　結(jié)論

82B線材在除氧化鐵皮過(guò)程中出現(xiàn)的斷裂為脆性斷裂，呈人字型花紋，原因?yàn)殇摬膬?nèi)部存在較大尺寸的氧化物類(lèi)夾雜物所致。

[1]程時(shí)，任勇，陳革，等.高碳鋼盤(pán)條表面氧化鐵皮機(jī)械剝離性實(shí)驗(yàn)研究[J].上海金屬，2014（2）：31-34；39.

[2]崔約賢.金屬斷口分析[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2006.

[3]李海剛，房廈，王忠偉，等.82B線材拉拔斷裂筆尖狀形貌成因分析[J].金屬制品，2010（5）：66-68；83.

[4]孫杰，劉禮華，程曉農(nóng)，等.82B盤(pán)條斷裂形式及原因分析[J].金屬制品，2012（1）：61-64.

[5]羅麗梅.65鋼拉拔杯錐狀斷裂原因分析[J].物理測(cè)試，2012（3）：53-56.

[6]龔桂仙，韓榮東，許竹桃.硬線盤(pán)條筆尖狀斷口斷裂分析[J].武鋼技術(shù)，2005（3）：1-4.

（編輯：王慧芳）

Fracture Analysis on Breaking of 82B Steel Rods during Dephosphorization

ZHAO Xincheng，YANG Wentao，ZHANG Ying
（Hanzhong Iron&Steel Co.，Ltd of Shaan Steel Group，Hanzhong Shaanxi 724200）

The fracture of 82B steel rods during dephosphorization was analysed by fracture surface composition analysis，macro analysis，energy spectrum analysis and metallographic analysis.The fracture shows herringbone pattern. High level of inclusions were the main reason resulting in fracture of the steel rods.This result can provide theory to 82B steel rods during dephosphorization.

82B，dephosphorization，fracture，herringbone pattern

TG333

A

1672-1152（2016）04-0015-02

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2016.04.06

試（實(shí)）驗(yàn)研究

2016-06-18

趙新成（1977—），男，本科，助理工程師，從事冶金節(jié)能及生產(chǎn)管理工作。