SWRH82B盤條拉拔斷裂原因匯總分析

陳宗樂，王 興，樊寶華，李 娜

（陜鋼集團產業(yè)創(chuàng)新研究院，陜西 漢中 724200）

SWRH82B（簡稱82B）盤條是生產預應力鋼絲和鋼絞線的重要原材料[1]。目前國內的主要鋼鐵企業(yè)都可生產SWRH82B盤條，市場競爭激烈。經用戶使用反饋，陜鋼82B盤條部分批次存在拉拔斷裂、質量穩(wěn)定性差的問題，通過對82B盤條在加工使用過程中產生的斷裂問題進行了檢測分析，闡述了盤條在使用過程中產生各種斷裂的主要原因，并提出了相應的改進措施。

1 拉拔斷裂原因分析及預防

82B盤條拉拔斷裂類型可分為表面缺陷型和內部缺陷型。表面缺陷導致拉拔斷裂的原因為：在軋鋼生產過程中，鋼材與軋機、導衛(wèi)、導槽、輥道等設備表面接觸而造成的擦劃傷；吊裝、物流運輸等環(huán)節(jié)未實施有效防護導致的磕碰傷、劃傷；在拉絲過程中，盤條表面處理不到位，如潤滑不良、拉絲模具使用不當等造成的拉拔斷裂；而非金屬夾雜物、中心網狀滲碳體、中心區(qū)域馬氏體等內部缺陷也都會導致盤條在拉拔過程中發(fā)生斷裂。

1.1 表面缺陷導致的拉拔斷裂分析及預防措施

1.1.1 鋼坯缺陷及軋制過程中表面缺陷引起的拉拔斷裂

在鋼坯連鑄時，拉速過快或潤滑不良易使鑄坯表面產生微裂紋或邊角裂紋，這些微裂紋在軋制時發(fā)生高溫氧化，使得軋后盤條表面產生微裂紋；鋼坯中存在皮下氣泡或針孔時，在軋制過程中亦會在盤條表面產生微裂紋。同時，軋制過程中若工藝采用不當，盤條表面會出現劃傷、折疊、結疤、麻面等缺陷，這些表面缺陷隨著拉拔道次的增加，會產生集中應力而形成橫裂紋，進一步受力后橫裂紋會擴大并向內部擴展，造成拉拔斷絲。橫裂紋不僅會對拉拔造成影響，而且會使鋼絞線在捻制及預張拉過程中發(fā)生斷裂[2]。橫裂紋產生的斷口一般呈撕裂狀，邊緣不整齊，如圖1所示。

圖1 撕裂狀斷口形貌及其微觀形態(tài)

預防措施：提高鑄坯表面質量，設計合理拉速及結晶器保護渣，防止軋后盤條表面微裂紋產生；鑄坯入爐前，爐前工認真檢查鋼坯，剔除表面有裂紋、氣泡的鋼坯；定期檢崗，對軋輥進行檢查，清理粗軋軋機間氧化鐵皮，正確使用導衛(wèi)，優(yōu)化孔型設計，加強對導板的清理；及時調整各道次的料型，減少導衛(wèi)擠壓形成的刮絲和黏鋼。

1.1.2 收集打包和倒運造成擦傷引起的斷裂

在盤條收集打包過程中，線材表面與集卷筒、打包機的壓實小車、打包頭、升降臺、卸卷臺架等設備均會直接接觸，且都是滑動硬摩擦，此過程中，由于盤條溫度在150℃左右，表面依然較軟，且內應力還沒有完全被釋放，因此在受到外力作用時，盤條表面極易被劃傷或碰傷，甚至會直接斷裂。此外，在廠內庫房吊運、裝運過程中，盤條與硬質地面、汽車或火車的車廂、磁力吊表面、叉車叉頭等處直接接觸都可能造成表面嚴重擦傷，從而導致拉拔斷裂，斷裂源位于表面擦傷處，如下頁圖2所示。

圖2 線材表面擦傷及斷口形貌

預防措施：規(guī)范卸卷、倒運操作，對盤條增加簡易包裝，增加盤條端部紙角防護，減輕機械損傷；盤條遵循先進先出原則，防止銹蝕，卸卷叉車叉頭增加保護，運輸車輛安裝防劃墊，避免線材表面損傷，盤條出庫時進行表面質量確認。

1.1.3 拉絲過程產生缺陷引起的斷裂

生產預應力鋼絞線的冷加工工藝為：盤條→機械剝殼（除銹）→超聲波清洗→磷化→皂化→9道次拉拔加工→合股→穩(wěn)定化處理→成品。盤條經表面去除氧化鐵皮，再進行磷化操作后，盤條表面附著一層厚度適中的磷化膜。磷化膜可使盤條表面保持粗糙，成為潤滑劑載體，并在盤條表面形成潤滑膜，利于拉拔。如果盤條表面處理不到位，拉拔時缺少有效潤滑，鋼絲表面與拉絲模直接摩擦產生高溫，極易產生不良加工組織，造成表面硬化，從而導致拉拔斷裂。同時，若在加工過程中未正確選取拉絲模入模角度或所選?？谀p嚴重，在盤條拉拔過程中就會導致局部受力不均，從而造成拉拔斷裂[3]。

預防措施：在原料拉絲加工中，應保證氧化皮去除干凈和磷化液質量，設定合理磷化時間；選擇合理的潤滑劑，以滿足拉拔工藝要求，減小阻力，降低發(fā)熱量，保證半成品鋼絲表面質量；設計合理的拉拔工藝，正確使用拉絲模具，調整合理的工作錐度，保證拉絲質量。

1.2 內部缺陷導致的拉拔斷裂分析及預防措施

1.2.1 非金屬夾雜物導致拉拔斷裂

在82B拉拔過程中，非金屬夾雜物是導致斷裂的原因之一。由于鋼中夾雜物的存在，破壞了基體的連續(xù)性，出現應力集中現象，基體一旦受到拉應力或切應力的作用，會在夾雜物處首先開裂。夾雜物周圍呈脆性斷裂，形成解理狀斷口形貌，如圖3所示。斷口中仍存在纖維區(qū)，纖維區(qū)斷口為韌窩斷口，形貌則為韌窩解理，由于夾雜物的存在裂紋迅速擴展，導致線材拉拔斷裂，夾雜物是引起脆性斷裂的主要原因[4]。

圖3 解理狀斷口形貌

通過對拉拔斷裂試樣進行顯微觀察發(fā)現，試樣中存在的夾雜物如圖4所示。經分析，夾雜物為細系3.0級硅酸鹽類夾雜物，通過掃描電鏡觀察其微觀形貌，發(fā)現裂紋源處存在直徑約為33.88μm的夾雜物，經能譜成分分析，該夾雜物為硅鈣鋁鎂復合氧化物，主要成分為w（Al）=5.57%、w（Ca）=19.41%、w（Si）=15.16%、w（Mg）=3.54%。

圖4 非金屬夾雜物形貌及其能譜分析

預防措施：通過對夾雜物成分分析，82B線材中的夾雜物主要為各類硅酸鹽夾雜物，它們來自于鋼水脫氧產物、爐渣及耐火材料帶來的夾雜物，可通過加強熔煉過程中爐渣控制、優(yōu)化脫氧工藝、防止煉鋼過程中熔渣的卷入、爐后精煉工藝優(yōu)化及提升耐材質量來減少鋼材夾雜物的產生。

1.2.2 中心網狀滲碳體導致拉拔斷裂

中心網狀滲碳體的存在會削弱82B盤條基體晶粒間的聯(lián)系，使線材的變形能力受到限制，在拉拔時易沿晶界產生裂紋，進一步拉拔就會發(fā)生斷裂，斷口一般呈筆尖狀。82B屬于過共析鋼，在軋后冷卻轉變過程中，在二次滲碳體開始析出線（Acm）以下，會首先沿奧氏體晶界析出二次滲碳體，繼續(xù)冷卻至共析溫度線（A1）以下時，奧氏體開始進行珠光體轉變，在不經過馬氏體轉變區(qū)域的情況下，最終得到珠光體（索氏體）+二次滲碳體組織。二次滲碳體一般沿晶界呈網狀分布，就形成了網狀滲碳體組織[5]。在實際生產中，如果連鑄過程碳偏析或軋鋼工藝控制不當，極易在盤條心部形成網狀滲碳體，如下頁圖5所示。

圖5 網狀滲碳體組織

預防措施：中心網狀滲碳體的形成來源于鑄坯的中心碳偏析和控軋控冷工藝不當，只要有效改善鑄坯的心部碳偏析程度，制定出正確的控軋控冷參數，就可以很大程度降低心部網狀滲碳體出現的概率。可通過在連鑄工序低過熱度澆鑄、采用電磁攪拌和末端輕壓下技術來降低中心偏析程度。軋鋼工序應從加熱和軋制變形兩個過程來細化奧氏體晶粒尺寸，通過軋后快冷促使奧氏體在低溫轉變?yōu)榧毱瑢訝畹乃魇象w組織，提高索氏體比例和晶界面積，減少滲碳體的在晶界的析出和聚集，避免產生大而厚的網狀滲碳體。

1.2.3 心部馬氏體導致拉拔斷裂

馬氏體是一種硬而脆的組織，同時存在大量的顯微裂紋，因而心部馬氏體組織會增大盤條的脆性。在盤條拉拔過程中，馬氏體的顯微裂紋會逐漸擴展成為宏觀裂紋，導致盤條拉拔斷裂[6]。82B心部馬氏體的形成過程為：在連鑄過程中，由于連鑄坯中心發(fā)生正偏析，造成軋材心部碳、錳等元素含量偏高，從而使得過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉變（CCT）曲線右移，造成鋼的心部臨界冷卻速率VK（心）＜外部臨界冷卻速率VK（外）。在軋制過程中，當鋼的邊部正?？焖倮鋮s時，心部則會進入馬氏體轉變區(qū)域，從而形成了馬氏體組織，如圖6所示。

圖6 馬氏體組織

預防措施：為避免碳、錳、鉻元素的嚴重偏析，需嚴格控制鋼水過熱度，采用電磁攪拌和末端輕壓下技術，摸索出正確的電磁攪拌位置；軋鋼工序可根據鋼的CCT曲線，制定出合理的軋后冷卻制度，以促進索氏體轉變，避開馬氏體相變區(qū)域。

2 結語

通過對導致盤條拉拔斷裂的原因進行追溯，并結合生產實際提出相應的解決方案和措施，總結出以下兩點經驗：對于盤條軋制及倒運加工過程形成的表面缺陷所導致的拉拔斷裂，在實際生產中通過精心操作可以有效避免；對于盤條內部缺陷導致的拉拔斷裂則需通過優(yōu)化冶煉、連鑄及軋鋼工藝來解決。陜鋼通過生產技術的提高和改進，目前已可生產出高品質的82B盤條。