YL82B盤條拉拔斷裂原因分析

■ 韓曉乾，杜東嬋，謝飛飛，孫秀英

高碳盤條鋼是生產(chǎn)高強度、低松弛預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)用鋼絲和鋼絞線的主要原料，主要應(yīng)用于鐵路、公路、跨海大橋、大型建筑、水利等領(lǐng)域，它具有抗拉強度高、斷后伸長率好、松弛值低、應(yīng)力損失小和耐疲勞性能優(yōu)良等特點。在高碳鋼盤條中，YL82B是市場需求大、生產(chǎn)數(shù)量較多的鋼種，其主要規(guī)格為φ6.5～φ12.5mm。

某批原材料為φ12mm、材質(zhì)為YL82B的熱軋盤條，在拉拔加工過程中，發(fā)生斷裂現(xiàn)象，圖1中左側(cè)斷口從盤條周邊到心部逐漸凸起，形似筆尖，右側(cè)為與之匹配斷口，呈漏斗狀，這是斷裂起始于截面心部，并逐漸沿周邊向外擴展的一種特殊斷裂方式。經(jīng)了解，拉拔工藝為：熱軋盤條→機械去皮→拉拔。分別在原材料及斷裂樣品上取化學成分、力學性能及金相試樣進行檢驗分析，以期查明其斷裂原因。

圖1 斷口形貌

1.理化檢驗

（1）化學成分分析 分別在原材料及拉拔斷裂樣品上取試樣采用瑞士ARL直讀光譜儀進行化學成分分析，檢測結(jié)果如表1所示。由表1可知，化學成分符合GB/T24238—2009標準技術(shù)要求。

表1 YL82B熱軋盤條化學成分（質(zhì)量分數(shù)） （%）

（2）力學性能 在原材料上取力學性能試樣，使用美特斯SHT-4106電液伺服萬能試驗機進行力學性能檢驗，結(jié)果如表2所示，由表2可知，力學性能符合GB/T24238—2009標準技術(shù)要求。

表2 力學性能檢驗結(jié)果

（3）金相檢驗 在原材料上取金相試樣，使用德國徠卡DMI5000M智能顯微鏡進行顯微觀察，檢驗結(jié)果如表3所示，由表3可知，原材料除顯微組織出現(xiàn)微量的Fe3C外，其他檢驗結(jié)果均符合GB/T24238—2009標準技術(shù)要求。

表3 金相檢驗結(jié)果

在斷裂試樣上取斷口在體視顯微鏡下觀察，斷口呈典型的筆尖狀斷口，斷裂源位于中心位置，試樣表面沒有明顯的外觀缺陷，形貌如圖2所示。用線切割方式在斷口處沿試樣中心縱向制取金相試樣，顯微觀察試樣斷口尖端存在沿軸線斷續(xù)分布“V”形裂紋，裂紋形貌如圖3所示。裂紋附近發(fā)現(xiàn)有硫化物類夾雜物存在，級別為1級，顯微形貌如圖4所示。使用4%（體積分數(shù)）硝酸酒精溶液浸蝕后，“V”形裂紋處存在網(wǎng)狀滲碳體組織，形貌如圖5所示。低倍下觀察在試樣中心有一條明顯的偏析帶，形貌如圖6所示。

在斷口附近取橫向試樣進行顯微觀察，低倍下觀察橫向試樣中心有偏析存在，偏析級別為B2級，形貌如圖7所示，試樣中心有“C”形裂紋缺陷存在，裂紋缺陷形貌如圖8所示，放大觀察試樣顯微組織為索氏體，中心有網(wǎng)狀滲碳體存在，顯微組織形貌如圖9所示。

2.分析與結(jié)論

原材料化學成分、力學性能、非金屬夾雜物級別、脫碳層深度、索氏體含量等均符合GB/T24238—2009標準技術(shù)要求。

圖2 斷口形貌

圖3 斷口尖端“V”形裂紋形貌（50×）

圖4 裂紋附近夾雜物形貌（500×）

圖5 內(nèi)部裂紋附近網(wǎng)狀滲碳體組織形貌（500×）

圖6 試樣中心偏析帶（8×）

圖7 橫向偏析（6.5×）

圖8 橫向“C”形裂紋缺陷形貌（50×）

圖9 索氏體+網(wǎng)狀滲碳體（1000×）

YL82B熱軋盤條合格顯微組織為索氏體+珠光體，且索氏體在顯微組織中占有一定的比例（不小于85%）才能使YL82B鋼具有高的冷拉極限值。因為索氏體的片層間距小，當盤條拉拔變形時，片層多而薄的鐵素體相可以使位錯運動均勻而分散，抑制位錯塞積的提前發(fā)生。另外，當索氏體中的滲碳體相為薄片形態(tài)時，它在拉拔變形時可以發(fā)生彎曲且不易發(fā)生折斷。但是，如果滲碳體和鐵素體片層繼續(xù)變薄成為屈氏體時，在拉拔變形時滲碳體片之間發(fā)生碰撞的概率增大，使塑性變差。

在原材料及斷裂的試樣上均檢驗發(fā)現(xiàn)顯微組織存在網(wǎng)狀滲碳體，由于YL82B屬于過共析鋼，在冷卻速率緩慢或中心碳含量較高的條件下，二次滲碳體沿原奧氏體晶界上析出，形成網(wǎng)狀。網(wǎng)狀滲碳體是高碳鋼盤條中的有害組織，它是一種硬而脆的組織相，不易變形。它的存在削弱了晶粒與晶粒之間的結(jié)合力，從而使盤條的強度和塑性均顯著下降。在冷拉拔過程中，由于網(wǎng)狀滲碳體的束縛晶粒變小，因而在此處產(chǎn)生應(yīng)力集中，形成裂紋或孔隙，最終導致筆尖狀斷裂。

非金屬夾雜物級別雖然不高，但在樣品中心V形裂紋附近出現(xiàn)了硫化物類夾雜物（1級），非金屬夾雜物的存在破壞了鋼基體的連續(xù)性，嚴重影響鋼的力學性能，產(chǎn)生應(yīng)力集中，拉拔時不能與基體同步變形，在非金屬夾雜物與基體結(jié)合部位引起應(yīng)力集中，導致裂紋在此處萌生及擴展，最終導致盤條拉拔斷裂。

偏析帶的存在與原材料有關(guān)，偏析區(qū)與正?；w不協(xié)調(diào)形變導致偏析帶產(chǎn)生孔隙，孔隙擴展為裂紋后，逐漸沿周邊向外擴展即造成線材斷裂。

由上述分析可知，YL82B盤條在拉拔過程中產(chǎn)生筆尖狀斷裂是由于中心偏析、網(wǎng)狀滲碳體、非金屬夾雜物共同作用下形成的。

3.建議

（1）連鑄坯控制過熱、調(diào)整冷卻速率，優(yōu)化電磁攪拌及機械輕壓下，以減少偏析現(xiàn)象。

（2）穩(wěn)定并控制好開軋溫度、終軋溫度、吐絲溫度及冷卻速率。保證產(chǎn)品必要的時效時間，保證顯微組織正常及原材料較高的冷拉極限值。

（3）優(yōu)化冶煉及澆注工藝，減少非金屬夾雜物的生成，保證鋼液的潔凈度。