鋼絞線用盤(pán)條SWRH82B拉拔斷裂影響因素分析

來(lái)永彪， 許加陸， 趙 陽(yáng)， 廖家明

(中天鋼鐵集團(tuán)有限公司， 江蘇 常州 213011)

引 言

預(yù)應(yīng)力鋼絞線廣泛用于高速公路、大跨度橋梁、高層建筑等工程，預(yù)應(yīng)力鋼絞線生產(chǎn)采用冷拔成型，且冷拔應(yīng)變量較大，要求原始盤(pán)條必須成分均勻、純凈度高、組織均勻等。SWRH82B盤(pán)條是生產(chǎn)高強(qiáng)度、低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絲或鋼絞線的主要原料[1]。本文通過(guò)收集某廠SWRH82B盤(pán)條拉拔斷裂樣品，對(duì)斷口進(jìn)行宏觀和微觀分析，找出影響SWRH82B盤(pán)條拉拔質(zhì)量的因素及產(chǎn)生原因。

1 平斷斷口形貌及原因分析

平斷一般發(fā)生在盤(pán)條拉拔前拆卷時(shí)，盤(pán)條在扭力及拉力的共同作用下產(chǎn)生斷裂，裂紋源來(lái)自表面，圖1為平斷口宏觀照片。平斷原因一種為盤(pán)條表面受外物劇烈撞擊時(shí)局部產(chǎn)生變形，溫度急劇升高，表層產(chǎn)生硬化層組織(如圖2所示)。這種硬化層塑性極差，在矯直應(yīng)力作用下形成細(xì)裂紋，并以細(xì)裂紋為源導(dǎo)致脆斷。另一原因?yàn)楸P(pán)條殘余應(yīng)力過(guò)大，拆卷時(shí)發(fā)生脆斷，SWRH82B盤(pán)條經(jīng)吐絲后通過(guò)風(fēng)機(jī)快速冷卻，盤(pán)條心表冷卻速率不一致，導(dǎo)致盤(pán)條存在熱應(yīng)力。此外盤(pán)條組織發(fā)生相變后存在相變應(yīng)力，盤(pán)條拆卷時(shí)在扭力，由于殘余應(yīng)力未完全釋放，拉力及內(nèi)在應(yīng)力等共同作用下，最終導(dǎo)致斷裂。

圖1 平斷口宏觀照片

圖2 表面擦傷處金相組織(100X)

2 杯錐斷口形貌及原因分析

杯錐斷口斷裂裂紋源來(lái)自心部，經(jīng)斷口分析，其斷裂原因是盤(pán)條心部存在網(wǎng)狀碳化物、馬氏體組織，該類(lèi)異常組織較基體不易變形，造成盤(pán)條拉拔時(shí)金屬心部與表面變形不一致，產(chǎn)生“人”字裂，隨著拉拔的進(jìn)行，裂紋不斷擴(kuò)展直至斷裂，圖3為斷口宏觀形貌，圖4,圖5為斷口金相組織。

圖3 杯錐斷口宏觀形貌

圖4 斷口縱剖組織(500X)

圖5 斷口心部橫向組織(500X)

網(wǎng)碳的形成主要原因還是鑄坯心部存在嚴(yán)重碳偏析，由于預(yù)應(yīng)力鋼絞線盤(pán)條規(guī)格較大，盤(pán)條在斯太爾摩風(fēng)冷線上心部冷卻緩慢，在奧氏體晶界處析出過(guò)飽和碳，形成網(wǎng)狀碳化物。拉拔過(guò)程中，在軸向拉應(yīng)力和來(lái)自外層的附加應(yīng)力作用下，在晶界的網(wǎng)狀滲碳體首先發(fā)生滑移形成顯微孔洞，隨著拉拔變形量增加，孔洞進(jìn)而長(zhǎng)大形成裂紋，最終呈V形擴(kuò)展造成斷裂，形成杯錐狀斷口[2]。

馬氏體產(chǎn)生一般與盤(pán)條冷卻速度有關(guān)，鑄坯心部 Mn、Cr 等元素的正偏析使C曲線右移，大大降低心部形成馬氏體組織的臨界冷速。而盤(pán)條冷卻時(shí)，心部冷卻速率大于馬氏體轉(zhuǎn)變臨界速率，因此心部生成了馬氏體組織[3]。

3 劈裂斷口形貌及原因分析

劈裂一般發(fā)生在拉拔模具處，在拉拔時(shí)表面沿縱向產(chǎn)生一排橫向裂紋，裂紋逐漸擴(kuò)展導(dǎo)致斷裂。主要影響因素有拉拔工藝(模具角度、磨損程度、減面率等)、拉拔過(guò)程潤(rùn)滑冷卻、盤(pán)條表面質(zhì)量等。圖6為拉絲表面橫裂紋形貌，圖7為表面結(jié)疤形貌。

圖6 拉絲表面橫裂紋形貌

圖7 表面結(jié)疤宏觀形貌

在拉拔過(guò)程中，若模具入口角度不當(dāng)、模口磨損嚴(yán)重或單道次減面率過(guò)大，盤(pán)條在通過(guò)模具時(shí)造成局部受力不均或減徑量過(guò)大，導(dǎo)致過(guò)程線表面出現(xiàn)橫裂紋[4-5]。若盤(pán)條酸洗氧化皮未除不干凈、磷化皂化不充分、磨具失粉等原因引起潤(rùn)滑不良或冷卻不足，使拉拔絲表面產(chǎn)生大量熱量而產(chǎn)生硬化層，降低表面塑性，拉拔時(shí)易產(chǎn)生橫裂紋，表面橫裂紋在后續(xù)拉拔中逐漸延伸形成“人”字形裂紋而最終發(fā)生斷裂。

結(jié)疤等存在于盤(pán)條表面的缺陷，在拉拔時(shí)壓入基體，而凸出狀結(jié)疤導(dǎo)致拉拔絲表面產(chǎn)生過(guò)度摩擦,使拉拔絲表面溫度升高，造成拉拔絲表面局部瞬時(shí)淬火形成硬又脆的馬氏體組織，隨拉拔不斷進(jìn)行產(chǎn)生裂紋，裂紋擴(kuò)展直至開(kāi)裂。

4 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)分析，某廠生產(chǎn)的SWRH82B拉拔斷裂斷口主要為平斷、杯錐斷口、斜劈及頸縮斷口。平斷斷裂原因主要是表面擦劃傷形成硬化組織或馬氏體組織，以及盤(pán)條殘余應(yīng)力過(guò)大開(kāi)卷時(shí)在矯直應(yīng)力作用下形成細(xì)裂紋導(dǎo)致脆斷。杯錐斷裂原因主要為心部馬氏體組織或嚴(yán)重的晶界滲碳體網(wǎng)，拉拔時(shí)心部與表面變形不一致，心部產(chǎn)生“人”字形裂紋，隨拉拔進(jìn)行裂紋逐漸擴(kuò)展，最終導(dǎo)致斷裂。劈裂斷口主要與拉拔模具入口角度、模具的磨損程度、道次減面率以、盤(pán)條表面及內(nèi)部質(zhì)量有關(guān)。