82B盤條拉伸斷口形貌及力學(xué)性能的分析研究

顧興鈞，王 奎，馮文博

（陜鋼集團(tuán)漢中鋼鐵有限責(zé)任公司，陜西 漢中 724200）

1 概述

公司生產(chǎn)的82B盤條經(jīng)拉伸后試樣斷口經(jīng)常出現(xiàn)斷口心部有黑色區(qū)域無縮頸（中間黑心）、邊部有黑色區(qū)域無縮頸（邊部黑心）、心部有黑色區(qū)域，黑色區(qū)域中心有白點(diǎn)（黑心加白點(diǎn)）、縮頸不明顯等現(xiàn)象。為了深入了解盤條斷口上述特征的成因。我們對存在上述特征的拉伸試樣進(jìn)行了力學(xué)性能試驗(yàn)、金相檢測、非金屬夾雜物分析、氧氮?dú)浜糠治?、斷口形貌及索氏體片層間距的分析。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 拉伸試驗(yàn)

我們采用WAW-600電液伺服萬能試驗(yàn)機(jī)對82B盤條進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，并對存在斷口特征的試樣自然時效前后的力學(xué)性能進(jìn)行對比，對比數(shù)據(jù)見表1。

2.2 斷口宏觀分析

盤條拉伸試樣斷口通常分為三個區(qū)域，即纖維區(qū)、放射區(qū)、剪切唇。纖維區(qū)一般位于斷口中央，呈粗糙的纖維狀圓形花樣，斷裂最先在該區(qū)產(chǎn)生，纖維區(qū)伴隨著較大的塑性變形。纖維區(qū)面積越大，材料塑性越好。圍繞纖維區(qū)的是放射區(qū)，呈現(xiàn)放射花樣特征，在放射區(qū)內(nèi)裂紋快速擴(kuò)展，呈脆性特征，材料內(nèi)應(yīng)力越大放射區(qū)越大，斷裂的最后階段形成的是剪切唇[1]。

通過對上述斷口特征的拉伸試樣斷口進(jìn)行觀察，四類斷口幾乎沒有縮頸，放射區(qū)面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于纖維區(qū)面積，導(dǎo)致塑性指標(biāo)很差，同時經(jīng)自然時效后，黑心加白點(diǎn)特征斷口白點(diǎn)消失，只留下黑心，而其余三種特征的拉伸斷口黑色纖維區(qū)面積明顯增多。

2.3 金相檢測

對存在上述斷口特征的試樣進(jìn)行金相分析，截取試樣橫截面，經(jīng)鑲嵌、磨制、拋光，并通過4%硝酸酒精腐蝕吹干后在光學(xué)顯微鏡下對其顯微組織進(jìn)行觀察分析。

會出現(xiàn)中間黑心斷口特征的金相組織，試樣組織為珠光體+索氏體，索氏體含量為86%；同時有黑心加白點(diǎn)斷口特征的金相組織，試樣心部存在網(wǎng)狀滲碳體，級別為4.0級，索氏體含量為86%。

3 結(jié)果分析與討論

3.1 自然時效處理的作用

由于82B盤條在軋制時采用控軋控冷工藝，我們采用了20天自然條件下自然時效的處理工藝，“自然時效”處理的意義在于它降低了盤條自身的內(nèi)應(yīng)力，同時具有對鋼中有害元素氧含量擴(kuò)散的作用，這樣才導(dǎo)致盤條自然時效后塑性指標(biāo)大幅度提高。

3.2 金相組織

中間黑色、邊部黑色及縮頸不明顯特征的斷口試樣金相組織為正常的珠光體+索氏體組織，索氏體含量均超過85%，而黑心加白點(diǎn)特征的斷口試樣由于心部存在大量的網(wǎng)狀滲碳體，導(dǎo)致盤條的塑性指標(biāo)大大降低，所以雖然說自然時效有降低內(nèi)應(yīng)力，提高塑性指標(biāo)的作用，但是當(dāng)盤條中存在大量的網(wǎng)狀滲碳體時，盤條的塑性指標(biāo)隨著自然時效內(nèi)應(yīng)力的降低變化不大。

表1 不同類型斷口特征力學(xué)性能對比

3.3 拉伸斷口形態(tài)的變化

通過“自然時效”處理前后宏觀斷口對比，可以清楚地看到“黑心”即纖維區(qū)明顯擴(kuò)大，放射區(qū)變小，其中一部分拉伸試樣斷口的纖維區(qū)面積擴(kuò)大到拉伸試樣斷口的整個面，致使在斷口上看不到“黑心”現(xiàn)象，拉伸斷口塑性指標(biāo)較好，這同樣也說明自然時效處理具有擴(kuò)大黑心即纖維區(qū)面積，縮小放射區(qū)面積的作用。

3.4 斷口形貌

在進(jìn)行斷口形貌掃描分析中，在斷口裂紋源處發(fā)現(xiàn)大量的氧化物、硫化物及復(fù)合型硅酸鹽類夾雜物，其中黑心加白點(diǎn)斷口試樣，心部存在一處尺寸較大的夾雜物，大顆粒的夾雜物在試樣拉伸過程中，夾雜物不易發(fā)生相應(yīng)的變形，鋼的變形在夾雜物和鋼的界面發(fā)生應(yīng)力集中使夾雜物和基體的界面產(chǎn)生微裂紋，裂紋擴(kuò)展，最終優(yōu)先從夾雜物處斷裂，致使盤條塑性指標(biāo)較差。

4 結(jié)論

82B盤條拉伸斷口“黑心+白點(diǎn)”特征的產(chǎn)生原因時由于盤條心部存在網(wǎng)狀滲碳體和夾雜物的聚集，導(dǎo)致盤條內(nèi)應(yīng)提高，在拉伸過程中造成試樣斷口纖維區(qū)過小而放射區(qū)過大的斷口特征；自然時效處理的作用在于降低盤條自身內(nèi)應(yīng)力，擴(kuò)大纖維區(qū)面積，縮小放射區(qū)面積，提高其塑性指標(biāo)，但是當(dāng)盤條心部出現(xiàn)較大夾雜物或大量的網(wǎng)狀滲碳體是，其通過自然時效降低內(nèi)應(yīng)力對提高盤條塑性指標(biāo)的作用不大。