硬線70鋼表面結(jié)疤成因分析

關(guān)文博， 齊治畔， 朱 嘉， 孔祥濤

（1.山西建邦集團(tuán)通才工貿(mào)有限公司， 山西 臨汾 043400； 2.首鋼集團(tuán)有限公司技術(shù)研究院，北京 100043）

山西建邦集團(tuán)通才工貿(mào)有限公司鋼廠在軋制70鋼線材產(chǎn)品時(shí)，線材表面出現(xiàn)結(jié)疤和堆鋼的生產(chǎn)事故，而且從外觀看，存在多種結(jié)疤缺陷類型。為此，對(duì)鋼軋各工序工藝情況進(jìn)行全面分析，并對(duì)鑄坯及缺陷材取樣進(jìn)行能譜和電鏡分析。通過(guò)分析，找出了產(chǎn)生結(jié)疤的原因，并提出了具體的解決措施。

1 線材表面的宏觀形貌

結(jié)疤是線材表面與線材基體部分或完全分離的金屬翹皮，有文獻(xiàn)將結(jié)疤的形成分為三個(gè)階段，包括鑄坯的缺陷、軋制過(guò)程的延伸以及冷卻過(guò)程中翹起[1]。而也有文章指出關(guān)于結(jié)疤的原因是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，既有結(jié)疤原因的界定，又有技術(shù)與設(shè)備的問題，需要進(jìn)行系統(tǒng)管理[2]。

70鋼在進(jìn)精軋機(jī)前發(fā)生堆鋼和開裂，線材表面有明顯的結(jié)疤現(xiàn)象：肉眼觀察可以發(fā)現(xiàn)里面有類似異金屬壓入，四周輪廓清晰[3]。且結(jié)疤部分的銹蝕顏色與基體不一致。從照片上看開裂盤條的開裂處，有明顯的硬質(zhì)異金屬嵌入，并且異金屬的銹蝕顏色發(fā)紅（見圖1）；酸洗后的盤條顏色一致（見圖2）。

圖1 原始盤條斷絲

圖2 酸洗后的劈裂鋼絲

對(duì)劈裂的斷頭采用線切割進(jìn)行鑲嵌制樣。采用經(jīng)過(guò)5%的硝酸酒精進(jìn)行腐蝕后，兩種組織顏色有明顯的不同（見圖3和圖4）。

圖3 典型斷頭組織照片

圖4 典型斷頭橫剖面照片

2 缺陷部位成分、組織分析

掃描電鏡是金屬材料性能評(píng)價(jià)及新材料研發(fā)過(guò)程中必不可少的研究手段，可以分析材料的成分、組織、夾雜物和合金元素。

下頁(yè)圖5中的試樣4的掃描電鏡成分出現(xiàn)明顯的鉻峰，侵蝕后的組織為典型高碳鋼亞共晶鑄鐵的顯微組織?；w組織為70鋼的索氏體組織加上少量的鐵素體組織。

從下頁(yè)圖6可以看出，圖4中的試樣A、B、C侵蝕后的組織為典型珠光體+鐵素體組織、高碳鋼亞共晶鑄鐵的顯微組織?；w組織為70鋼的索氏體組織加上少量的鐵素體組織。

圖5 斷頭組織試樣4的形貌分析

圖6 圖4的形貌分析

金屬的硬度是評(píng)定金屬材料力學(xué)性能常用指標(biāo)之一，硬度試驗(yàn)可以反映金屬材料在不同化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)及熱處理工藝條件下性能的差別。經(jīng)過(guò)HR-150DT洛氏硬度計(jì)硬度儀測(cè)試：低碳鋼組織的硬度值（HRC）為 170～180，平均為 175；基體組織的硬度（HRC）為 315～345，平均硬度（HRC）為 320。

通過(guò)電子探針對(duì)軋材的橫截面和縱截面進(jìn)行成分定量分析可知，本次發(fā)生堆鋼異金屬嵌入物為兩種（見表1）：一種嵌入物是高碳高鉻的金屬，w（C）=0.99%～4.40%，w（Cr）=15.95%～37.93%，w（Si）=0.64%～1.52%，w（Mn）=0.33%～0.40%；另外一種嵌入物是中碳鋼成分，w（C）=0.35%～0.41%，w（Mn）=0.48%～0.58%。

表1 檢測(cè)的電子探針結(jié)果分析 %

3 線材表面結(jié)疤原因分析

70鋼在進(jìn)精軋前發(fā)生堆鋼，而且壓入的異金屬是冷態(tài)，在軋制溫度下硬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于軋件本身的硬度。

究其異金屬的來(lái)源，主要有三方面的來(lái)源：

首先，軋機(jī)軋輥滾動(dòng)體環(huán)形破碎脫落在軋制過(guò)程中壓入高溫的軋件上面，造成堆鋼和結(jié)疤事故；其次，軋機(jī)修復(fù)時(shí)堆焊材質(zhì)隨著過(guò)鋼量的增加，疲勞破損，在軋制過(guò)程中壓入軋件；最后是鑄坯自身質(zhì)量問題，鑄壞自身含有高溫難溶物質(zhì)，在終軋最終變形中暴露出來(lái)，導(dǎo)致軋材堆鋼和開裂。

為防止類似事件的發(fā)生，不應(yīng)使用銹蝕嚴(yán)重的軋輥，以改善軋輥材質(zhì)；及時(shí)更換磨損的軋輥和軋槽；經(jīng)常檢查和清除軋槽中的氧化鐵皮。

4 結(jié)論

1）造成70鋼堆鋼和結(jié)疤的異金屬成分是外來(lái)高碳高鉻硬質(zhì)合金物質(zhì)和中碳鋼成分的物質(zhì)，其來(lái)源可能源于軋輥滾動(dòng)體疲勞破損和修復(fù)的軋輥焊材物質(zhì)。

2）現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)和鑄坯質(zhì)量管理，以避免類似事故的發(fā)生。

[1]錢衛(wèi)忠.線材表面結(jié)疤的控制.江蘇冶金[J].2003，31（3）：40-42．

[2]彭鋒.高速線材表面結(jié)疤原因研究與控制對(duì)策[C]//2011年中南泛珠三角十一?。▍^(qū)）煉鋼、連鑄學(xué)術(shù)年會(huì)論文集.廣州：廣東省金屬學(xué)會(huì)煉鋼連鑄委員會(huì)，2011．

[3]龔桂仙.鋼鐵產(chǎn)品缺陷與失效實(shí)例分析圖譜[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2012.