分析高碳硬線拉拔脆斷原因及應(yīng)對措施

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)睿瑫r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)進行分層車削，然后使用紅外碳硫儀對內(nèi)外層碳的含量進行測定，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)擴展，進而造成斷裂。

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。基于此，煉鋼過程中應(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)量進行嚴(yán)格把關(guān)[3]?，F(xiàn)階段很多鋼廠都沒有達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行合理調(diào)整，使料型和導(dǎo)衛(wèi)配備達到合理，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)進行調(diào)整，確保冷卻速度達到穩(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?，保證潤滑良好是防止拉拔脆斷關(guān)鍵基礎(chǔ)條件。

2.3 改進效果

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)實際情況進行工藝改進，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

[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[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。