82B熱軋盤條拉伸脆性黑斑異常斷口分析

戴寶爽

摘 要 在82B高碳鋼盤條的生產(chǎn)檢測(cè)中，對(duì)剛剛下線沒(méi)有經(jīng)歷自然時(shí)效的盤條進(jìn)行拉伸試驗(yàn)時(shí)經(jīng)常產(chǎn)生脆性黑斑異常斷口，斷口平直，幾乎沒(méi)有塑性變形，收縮率偏低。經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)自然時(shí)效或人工時(shí)效處理后，斷面收縮率有較大提高，而強(qiáng)度變化不大，從而滿足客戶的使用需求。

關(guān)鍵詞 黑斑；氫偏聚；自然時(shí)效；人工時(shí)效

前言

82B高碳鋼盤條是采用美國(guó)摩根連鑄連軋高速線材生產(chǎn)線生產(chǎn)的，用于拉拔生產(chǎn)鋼絲和鋼絞線。在82B高碳鋼盤條的生產(chǎn)檢測(cè)中，對(duì)剛剛下線沒(méi)有經(jīng)歷自然時(shí)效的盤條進(jìn)行拉伸試驗(yàn)時(shí)經(jīng)常產(chǎn)生脆性黑斑異常斷口，斷口平直，幾乎沒(méi)有塑性變形，收縮率偏低。經(jīng)過(guò)大量試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)82B高碳鋼盤條放置一段時(shí)間自然時(shí)效，或經(jīng)過(guò)低溫人工時(shí)效處理后，斷面收縮率有較大提高，而強(qiáng)度變化不大，可用來(lái)拉絲生產(chǎn)，大大提高了拉拔質(zhì)量。根據(jù)國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)資料報(bào)道，盤條在拉拔過(guò)程中斷絲與其內(nèi)應(yīng)力、氫氣、表面缺陷及內(nèi)部缺陷、化學(xué)成分偏析和內(nèi)部組織不正常有關(guān)系。本課題針對(duì)82B黑斑的變化情況進(jìn)行研究，提出更加適合客戶的使用方法，提高客戶的滿意度。

1 黑斑異常斷口宏觀形貌

拉伸試驗(yàn)斷裂后橫向斷口形貌，可見(jiàn)斷裂面平齊直，幾乎沒(méi)有塑性變形，斷口中間有一個(gè)圓形灰暗區(qū)，簡(jiǎn)稱黑斑。將已經(jīng)拉斷的試樣再次拉斷，產(chǎn)生新的斷口，新的斷口仍有黑斑，不過(guò)黑斑已經(jīng)不在原來(lái)位置，這說(shuō)明黑斑在試樣的一定長(zhǎng)度內(nèi)是連續(xù)貫通的，可能隨著金屬的變形而被拉長(zhǎng)。

2 金相高倍檢查結(jié)果

斷裂顯微組織為軋鋼的典型組織，索氏體+少量珠光體。

3 黑斑的掃描電鏡形貌

黑斑中有一個(gè)白色斑點(diǎn)，周圍呈現(xiàn)放射狀，是裂紋擴(kuò)展區(qū)。經(jīng)過(guò)X-射線能譜儀分析，裂紋源為一DS類夾雜物。黑斑區(qū)為解理+韌窩混合形貌（見(jiàn)上圖）。

從檢驗(yàn)結(jié)果可以看出，盤條中夾雜物級(jí)別不高，對(duì)盤條塑性影響不大。

4 82B力學(xué)性能對(duì)比

在同一卷鋼卷上截取9支樣品，放置不同時(shí)間自然時(shí)效，經(jīng)過(guò)30天后進(jìn)行力學(xué)性能對(duì)比，發(fā)現(xiàn)抗拉強(qiáng)度Rm基本不變，斷面收縮率Z%明顯提高。

高碳鋼盤條在放置自然時(shí)效過(guò)程中力學(xué)性能會(huì)發(fā)生一定的變化，這是由于時(shí)效在室溫下進(jìn)行，材料可能發(fā)生以下變化：一是軋制過(guò)程中產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力釋放（高碳鋼盤條通過(guò)軋后快冷來(lái)獲得索氏體組織，有些盤條因直徑較大而產(chǎn)生了較大的內(nèi)應(yīng)力，時(shí)效使內(nèi)應(yīng)力得到釋放）；二是材料中氫的重新分布與擴(kuò)散（高碳鋼在高溫軋制過(guò)程中，氫均勻分布于盤條內(nèi)部，軋后快速冷卻到室溫，氫在鋼中過(guò)飽和而沒(méi)有時(shí)間進(jìn)行擴(kuò)散。如果存在缺陷的話，則偏聚于缺陷處，造成較大的內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致材料發(fā)生一定程度的脆化）。正是氫含量的變化，使內(nèi)應(yīng)力得到釋放，因而盤條的斷面收縮率均有明顯上升。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)以上試驗(yàn)表明黑斑脆性斷口主要原因是氫的存在。試驗(yàn)表明，盤條自然時(shí)效一天后，由于內(nèi)應(yīng)力的釋放，溶解在原來(lái)存在應(yīng)力區(qū)域的氫被釋放出來(lái)，大部分氫逐漸向體外擴(kuò)散，表現(xiàn)為時(shí)效一天后，氫含量降低速度較快。另一部分則偏聚于缺陷處，造成較大的內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致材料發(fā)生一定的脆化，表現(xiàn)為時(shí)效進(jìn)行到第三天時(shí)，抗拉強(qiáng)度和斷面收縮率均有一定程度的降低。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，材料內(nèi)部氫的陷阱逐漸增加，偏聚的部分氫擴(kuò)散至新的陷阱處，應(yīng)力集中降低，表現(xiàn)為盤條的力學(xué)性能逐漸上升。當(dāng)擴(kuò)散達(dá)到平衡后，力學(xué)性能也就穩(wěn)定下來(lái)?？梢哉J(rèn)為，材料的缺陷周圍聚集較多的氫，則需要經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間才能充分?jǐn)U散。盤條直徑越大擴(kuò)散出體外的時(shí)間越長(zhǎng)，即時(shí)效時(shí)間越長(zhǎng)。因此為了保證產(chǎn)品性能的前提下加快產(chǎn)品的周轉(zhuǎn)速度，減少庫(kù)存占用資金特制定預(yù)防措施①試樣經(jīng)300℃保溫2h時(shí)效處理，再進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，圓形黑斑消失，解理斷口變?yōu)轫g性韌窩斷口，強(qiáng)度沒(méi)有多大變化，面縮值明顯提高。②82B高碳鋼盤條生產(chǎn)后自然時(shí)效，使軋制過(guò)程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力得以釋放，使材料中的氫得以重新分布與擴(kuò)散，從而可以防止產(chǎn)生黑斑斷裂。