優(yōu)質(zhì)預(yù)應(yīng)力鋼絞線拉拔斷裂因素分析

1.概述

凌鋼公司高線機(jī)組生產(chǎn)的YL82B鋼熱軋盤條，用戶主要用來冷拔預(yù)應(yīng)力鋼絞線。如果盤條的顯微組織中存在馬氏體、全封閉網(wǎng)狀滲碳體和中心偏析等有害組織以及表面存在裂紋、折疊、夾雜、耳子、結(jié)疤、分層等對使用有害的缺陷，極易造成用戶使用過程中的拉拔斷裂[1]。2015年4月開始，凌鋼陸續(xù)生產(chǎn)YL82B硬線鋼，質(zhì)量一直很穩(wěn)定，受到用戶普遍好評。但2016年8月份以來，客戶頻繁反映公司盤條質(zhì)量下降，對用戶的使用造成一定影響。因此，有必要對生產(chǎn)在線檢驗異常試樣和用戶使用過程中出現(xiàn)的拉拔斷裂試樣進(jìn)行系統(tǒng)分析，為凌鋼預(yù)應(yīng)力鋼絞線用熱軋盤條的質(zhì)量改進(jìn)提供依據(jù)。

2.試樣

本次檢驗試樣均來自在線拉伸試樣和用戶現(xiàn)場取回的質(zhì)量異議試樣，運用蔡司EVO-18掃描電鏡、能譜分析儀和蔡司Axio Imager A2m光學(xué)顯微鏡對試樣的斷口進(jìn)行形貌觀察、能譜分析，并對試樣的橫向、縱向的顯微組織進(jìn)行分析。

3.檢驗結(jié)果及分析

根據(jù)檢驗試樣的宏觀斷口形貌，將異常試樣斷口分為：平齊狀斷口、筆尖狀斷口、斜茬狀斷口。

3.1 平齊狀斷口

3.1.1 黑心白點斷口

黑心白點斷口常常發(fā)生在盤條的在線拉伸試驗試樣上，斷口一般比較光滑，呈平齊狀，試樣頸縮小，斷口上會出現(xiàn)一黑色圓形區(qū)域，在黑色區(qū)域心部還會有一白點，一般稱其為黑心白點斷口[2]。低倍下觀察，斷口宏觀上呈現(xiàn)出裂紋源區(qū)、纖維區(qū)、放射區(qū)和較小的剪切唇，掃描電鏡下觀察，裂紋源區(qū)（白點）屬于準(zhǔn)解理斷裂，白點中心存在形狀不規(guī)則的大尺寸夾雜物，經(jīng)能譜分析為含有Mg、Al、Si、Ca復(fù)合型夾雜物，懷疑為連鑄過程中包水口蓄流物或耐火材料進(jìn)入鋼液所致。白點處的準(zhǔn)解理斷裂認(rèn)為是白點中心因夾雜物形成微裂紋，導(dǎo)致裂紋周圍鋼中氫向白點中心聚集進(jìn)而發(fā)生氫脆，產(chǎn)生準(zhǔn)解理斷裂。白點外圍的纖維區(qū)（黑色圓形區(qū)域）屬于韌性斷裂，該區(qū)域的基本組織為索氏體組織，由于黑色區(qū)域的氫向白點區(qū)域擴(kuò)散，導(dǎo)致黑色區(qū)域氫含量降低，電鏡下觀測該區(qū)域為韌性斷口。放射區(qū)屬于準(zhǔn)解理斷裂，主要是該區(qū)域氫還沒有完全擴(kuò)散導(dǎo)致，該區(qū)域一般經(jīng)過兩周時間的時效，氫會基本擴(kuò)散完成。

3.1.2 擦傷斷口

當(dāng)盤條表面有擦傷時，用戶拉拔時會出現(xiàn)近平齊狀斷口，這種斷口的裂紋源位于盤條的邊緣，電鏡下觀測盤條表面擦傷部位存在顯微裂紋，顯微裂紋是導(dǎo)致盤條拉拔斷裂的主要原因。盤條表面的擦傷主要是盤條在生產(chǎn)過程中，打包壓力不合適導(dǎo)致的熱態(tài)擦傷，以及天車下線、倒垛、裝車運輸過程中造成，用戶在酸洗、吊運、焊接時會造成的冷擦傷。用戶在拉拔過程中一般在第一道次即出現(xiàn)斷裂。

3.2 筆尖狀斷口

線材在拉拔后幾道過程中出現(xiàn)形狀似鉛筆筆尖形狀的斷口，筆尖的尖頭基本位于鋼絲的中心部位，常稱為筆尖狀斷口[3]。對筆尖狀試樣縱向沿中心線剖開制成金相試樣觀察，可以看到沿軸心部位呈斷續(xù)分布的“人”字形孔洞，尺寸大小不等。對縱向試樣腐蝕，可以看到試樣縱向心部常存在中心偏析帶、網(wǎng)狀滲碳體、島狀馬氏體等異常組織存在。這些異常組織是造成筆尖狀斷口的根源。YL82B屬于高碳過共析鋼，鑄坯中心極易產(chǎn)生嚴(yán)重的中心碳偏析，高速線材在風(fēng)冷輥道冷卻時，如冷卻較快，易形成心部島狀馬氏體組織，如冷卻較慢，又易形成網(wǎng)狀滲碳體。

3.3 斜茬狀斷口

斜茬狀斷口部位無明顯的頸縮現(xiàn)象，斷面較光滑，有金屬光澤，表現(xiàn)為切應(yīng)力劈裂，又稱為斜劈狀斷口。這種斷裂大多數(shù)是由鋼絲表面缺陷引起的。如鋼絲表面存在間斷性三角狀裂紋或密集分布的橫裂紋等缺陷，當(dāng)缺陷達(dá)到一定深度后，拉拔時極易發(fā)生斷絲現(xiàn)象。

對于鋼絲表面的間斷性三角狀裂紋、裂紋處存在硬化相、硬化相塑性較差，在拉拔外力的作用下，不能與基體組織同步變形。首先在硬化相上形成微裂紋，隨著變形的增加，裂紋擴(kuò)展最終引起斷裂。試樣裂紋處硬化相部位，存在熱影響區(qū)并伴隨有殘留的馬氏體相。

分析認(rèn)為，熱影響區(qū)和試樣表面的馬氏體相均，應(yīng)該是用戶在原料接頭對焊過程中冷卻較快造成的。

對于密集分布的橫裂紋試樣，斷裂起源于橫裂紋部位，微觀下觀察，斷裂源附近為解理斷口特征，觀察橫裂紋試樣的二次電子形貌，橫裂紋內(nèi)部存在夾雜物，對試樣橫裂紋內(nèi)的夾雜物做能譜分析，主要是C、O、P、S、Ca、Fe、Zn元素；與用戶盤條拉拔過程中使用潤滑粉的成分相近，沒有觀察到煉鋼使用的保護(hù)渣等成分，說明夾雜物是拉拔過程中帶入的。對橫裂紋試樣沿中心縱向剖開，拋光后用4%的硝酸酒精浸蝕，發(fā)現(xiàn)試樣表面有一層白亮帶，白亮帶上觀察到馬氏體組織，正常部位組織為索氏體+少量珠光體。

分析認(rèn)為，該試樣一側(cè)的橫裂紋是導(dǎo)致線材斷裂的主要原因。橫裂紋是由表面馬氏體硬化層造成的，線材的斷裂是用戶拉拔過程中沒有及時更換拉絲模具造成的。

4.結(jié)論

綜上所述，對盤條和鋼絲出現(xiàn)的幾種斷口類型進(jìn)行歸納分析的建議：

4.1 黑心白點斷口

主要是盤條中氫含量較高，氫脆導(dǎo)致脆性斷裂。當(dāng)盤條內(nèi)部存在大顆粒夾雜物時，夾雜物成為主要裂紋源，導(dǎo)致盤條在拉拔時發(fā)生脆性斷裂。建議關(guān)注煉鋼原輔料受潮狀況及水口蓄流物和耐火材料進(jìn)入鋼液問題。

4.2 盤條表面的擦傷

主要是盤條在生產(chǎn)過程中的熱態(tài)擦傷，以及天車下線、倒垛、裝車運輸過程中和用戶在酸洗、吊運、焊接時造成的冷擦傷。盤條表面擦傷應(yīng)引起生產(chǎn)廠家和用戶的高度重視。

4.3 鋼絲的筆尖狀斷口

主要是鋼絲中心存在馬氏體、網(wǎng)狀滲碳體、中心偏析、夾雜以及縮孔造成。建議煉鋼應(yīng)控制過熱度、提高鋼液潔凈度、降低鑄坯中心正偏析、控制高線軋后冷卻速度，可有效避免上述不良組織的產(chǎn)生。

4.4 盤條或鋼絲的斜茬狀斷口

主要是鋼絲存在密集分布橫裂紋或間斷性三角狀裂紋所致。建議用戶在拉拔時應(yīng)注意拉絲模具的及時更換和對焊接頭時防止焊接接頭的過快冷卻。