H12Cr24Ni13焊接鋼拉絲斷裂分析

王哨兵 趙 虎

(1.瑞浦科技集團特殊鋼研究院，浙江323900；2.馬鋼股份有限公司第四鋼軋總廠，安徽243003)

材料的斷裂是一個復雜的過程，受到材料本身的性質、環(huán)境因素、工作應力狀態(tài)、材料結構及缺陷等很多因素的影響，斷裂原因較復雜，斷裂問題影響了不銹鋼絲拉拔生產的正常進行，嚴重影響產品質量。導致鋼絲生產過程中出現斷裂的原因大致可分為線材本身質量因素和拉拔過程因素兩類：

(1)線材本身質量原因。冶煉和軋制造成的表面缺陷，如裂紋、折疊等；線材內部的質量缺陷，如局部成分偏析、鋼中非金屬夾雜物等。

(2)拉拔工藝過程因素。如酸洗不徹底，拉絲模破碎，潤滑條件惡化等。

本文對H12Cr24Ni13不銹鋼絲深加工過程中的斷裂問題進行分析，對于實際生產具有一定的意義[1-4]。

1 試驗材料和方法

試驗材料為H12Cr24Ni13斷裂樣品。

試驗方法：

(1)選取H12Cr24Ni13開裂宏觀樣品在SPECTROLAB M10型光電直讀光譜儀上檢測其化學成分。

(2)制作標準開裂樣品，在金相顯微鏡下觀察宏觀和微觀組織。

2 檢驗與分析

2.1 缺陷宏觀檢驗

根據客戶提供的兩組H12Cr24Ni13焊接鋼試樣，一組為?5.5 mm左右的我公司提供的原材料，一組為?2.78 mm左右拉拔處理后的線材，通過體式顯微鏡，原材料表面無較大缺陷，只存在部分小折疊缺陷；拉拔后的線材表面光滑，無明顯的缺陷，但是拉拔后的材料斷面呈弧形，斷口與邊部出現45°左右的夾角，斷面較為光滑，斷口特征疑似為原材料折疊缺陷遺留造成的，具體如圖1所示。

通過對本批次H12Cr24Ni13焊接鋼?5.5 mm規(guī)格盤元的表面質量檢驗的數據統(tǒng)計情況，判定盤條由于小部輕微折疊缺陷的產品占0.25%，這與客戶反饋拉斷缺陷所占的比例0.31%相近。

2.2 化學成分檢驗

用GB/T 11170—2008《不銹鋼多元素含量的測定火花放電原子發(fā)射光譜法》的測試方法對試樣進行化學成分檢驗，試樣化學成分見表1。

通過對H12Cr24Ni13試樣的化學成分進行檢測，其成分都控制在標準所要求的范圍內，不超出標準的要求范圍，組織內化學成分均勻，不存在成分偏析等問題。

2.3 缺陷金相檢驗

圖2為拉拔后的斷面未腐蝕時的宏觀金相，可以看出拉拔加工后的材料表面區(qū)域無夾雜物聚集和細裂紋，對比夾雜物的評級標準，C類夾雜物的等級在0.5級，其余夾雜物等級為0級，夾雜物含量較低，排除夾雜物聚集造成的斷裂。

圖1 樣品表面缺陷宏觀形貌Figure 1 Macro appearance of specimen surface defect

表1 H12Cr24Ni13試樣化學成分(質量分數，%)Table 1 Chemical compositions of H12Cr24Ni13 specimen(mass fraction，%)

圖3為原材料橫向中心組織形貌，原材料橫截面腐蝕后，基體組織為奧氏體+少量鐵素體，利用鐵素體測量儀，對原材料的邊部和芯部的鐵素體含量進行測定，得到中心區(qū)域鐵素體含量為4.4%左右，邊部區(qū)域鐵素體含量為2.5%左右，芯部鐵素體含量明顯較邊部高，并且在鐵素體與奧氏體的晶界處存在少量析出物。

圖4為腐蝕處理后的金相，拉拔后材料橫向組織為奧氏體+少量鐵素體，鐵素體在橫截面邊局部區(qū)域和中心區(qū)域分布，并無較大差別，鐵素體分布均勻，晶界處并無析出物存在。

3 分析討論

通過對H12Cr24Ni13焊接鋼拉絲試樣的斷口形貌、化學成分和金相照片進行分析，進而確定造成拉絲斷裂的原因。通過宏觀形貌分析，我們可以看出拉拔后的線材表面光滑，無明顯缺陷，但是拉拔后的材料斷面呈弧形，斷口與邊部呈現出45°左右的夾角，斷面較為光滑，斷口特征疑似為原材料折疊缺陷遺留造成的；對斷裂樣的化學成分分析，其化學成分都控制在標準所要求的范圍內；對拉絲樣的金相分析和斷裂處的宏觀檢驗，并無夾雜物聚集現象，C類夾雜物在0.5級左右，其他夾雜物的等級為0級，斷裂樣的基體組織為奧氏體+部分鐵素體，并且基體組織分布較均勻，而原材料基體組織分布有著細微的差別，鐵素體含量呈現芯部高、邊部低的現象。

通過對本批次H12Cr24Ni13焊接鋼?5.5 mm規(guī)格盤元的表面質量數據匯總情況，判定由于小部輕微折疊缺陷的產品占0.25%，這與客戶投訴反饋拉斷缺陷所占的比例0.31%相近。

綜上所述，確定造成H12Cr24Ni13焊接鋼拉絲斷裂的主要原因是原材料上所附帶的小折疊，在拉絲過程中，由于應力集中造成了折疊延伸，進而拉絲斷裂。

4 結論

通過對H12Cr24Ni13焊接鋼拉絲試樣的斷口形貌、化學成分和金相照片進行分析，確定拉絲斷裂是原材料上存在小折疊，在后續(xù)的加工過程中，由于應力集中造成了折疊延伸，進而拉絲斷裂。

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