高碳鋼脆斷原因分析

1、高碳硬線拉拔脆斷原因分析于同仁 劉開升 張步海（馬鋼技術(shù)中心）摘 要 高碳硬線盤條作為金屬制品的原料，在深加工過程中容易出現(xiàn)脆斷現(xiàn)象，這其中一條原因是盤條本身存在缺陷，另一原因是拉拔工藝存在缺陷，本文對脆斷原因進行了分析，提出了改進措施。關(guān)鍵詞 硬線 脆斷 原因Analyse of Drawing Brittle Breaking for High Carbon Wire RodYu Tongren Liu Kaisheng Zhang BuhaiTechnology Center of Maanshan Iron & Steel Co. LtdAbstract: As the mat

2、erial of the metal product, high carbon wire rod is easy to be broken in deep drawing process, one of the reasons is it defects on wire rod, the other is drawing isnt proper. This article analyses the cause of the brittle broken, and some relative improvements are given out.Key Words: hard wire rod,

3、 brittle, cause1.前言高碳硬線盤條作為金屬制品的原料，通過深加工用于制造鋼絲繩、預(yù)應(yīng)力鋼絲及鋼絞線、電力用鍍鋅（鋁包）鋼絲及鋼絞線、輪胎鋼絲、彈簧鋼絲等，其拉拔性能好壞直接影響著制品廠的使用和產(chǎn)品的性能，多年來國內(nèi)外線材廠在研制優(yōu)硬線產(chǎn)品時，一直在追求高的線材加工性能，也取得了不少的成果，使線材的拉拔性能得到了很大的提高，但生產(chǎn)的優(yōu)硬線總會出現(xiàn)這樣那樣的問題，影響了制品廠的使用；另外，有些制品廠在加工過程中也存在一些問題，造成了拉拔脆斷。盤條本身缺陷主要是中心偏析、組織異常、裂紋（或折疊），深加工缺陷主要是潤滑不良、拉絲模角度不對、前處理存在缺陷等。這些缺陷通過改進生產(chǎn)工藝，嚴(yán)

4、格工藝操作，都是可以避免的。 2.拉拔脆斷形態(tài)2.1杯錐狀高碳硬線盤條在深加工過程中，如果出現(xiàn)組織偏析、異常、氮含量超標(biāo)及拉絲模角度偏大等等，常常出現(xiàn)杯錐狀脆斷。2.1.1高碳盤條中心偏析組織形態(tài)偏析在線材內(nèi)部局部出現(xiàn)，鋼的局部成份與正常不同。碳偏析使局部含碳量超過共析點成分，連續(xù)冷卻時會產(chǎn)生厚的網(wǎng)狀滲碳體；錳偏析在冷卻時易出現(xiàn)馬氏體；硫?qū)︿摰臒崃鸭y敏感性有突出的影響，當(dāng)它大于0.025%時，鋼的延性有明顯下降；磷會使鋼的晶界脆性增加，裂紋敏感性增強。圖1為65鋼盤條縱向截面金相組織，中心區(qū)域為細(xì)珠光體+網(wǎng)狀滲碳體，中心碳偏析。圖2為80鋼盤條金相組織，中心存在條帶馬氏體組織。 圖1 65鋼組

5、織，硝酸酒精腐蝕，放大100倍 圖2 80鋼組織，硝酸酒精腐蝕，500倍2.1.2中心偏析盤條拉拔后人字形裂紋形態(tài)中心偏析明顯的線材在進行拉拔時，整體承受外力極不均勻，首先在心部形成多條裂紋，作為缺口很快導(dǎo)致杯錐狀斷裂。圖3為70鋼鋼絲金相組織，中心組織為純珠光體，中心碳偏析，拉拔后出現(xiàn)人字型裂紋。圖3 70鋼金相組織，3%硝酸酒精腐蝕，100倍2.1.3拉絲模入口角度不對造成鋼絲芯部產(chǎn)生人字形裂紋圖4為拉拔角度變化與可能引起錐斷的界限值。線材在酸洗后進行磷化處理，采用甘油硬脂酸鈣潤滑，前部分實驗為通常規(guī)定的條件，拉拔以拉斷為限，后部分拉拔為多道次拉拔，道次拉拔量在大約10%，拉拔速度7m/m

6、in。在大角度拉拔時前幾道有錐斷發(fā)生，當(dāng)拉拔角在14°以下時未出現(xiàn)錐斷現(xiàn)象，圖4中A為在30°拉拔角下進行多道次拉拔致斷裂的結(jié)果。圖5為14°拉拔角時鋼材的機械性能。一般在起始拉拔時鋼材面縮率、延伸率都有惡化傾向，而當(dāng)總的減面率達到60%左右時降低的延伸率 得到恢復(fù)并趨于穩(wěn)定。圖中是不同拉拔角時的拉拔結(jié)果。當(dāng)采用拉拔角2=32°時，即便總減面率小于60%拉拔，鋼絲在24道也發(fā)生錐斷。另一方面如所示，當(dāng)總減面率小于60%時，采用2=14°拉拔角，當(dāng)總減面率大于60%時，采用大拉拔角2=30°拉拔，不會出現(xiàn)拉斷現(xiàn)象，可以繼續(xù)拉拔。圖4 加

7、速拉斷試驗拉拔角與極限拉拔值的關(guān)系1（0.8%C，5.5mm，拉拔角2=14°32°）圖5 拉拔初期拉拔角與斷線的關(guān)系1（0.8%C，5.5mm，拉拔角2=14°32°）2.2表面裂紋2.2.1盤條缺陷 裂紋在線材中的分布是不連續(xù)的，它是以垂直于線材表面或與其表面呈一角度陷入線材,裂紋長度不一，通常呈直線形，偶爾，也與縱軸方向成一個角度或橫跨縱軸,傾斜的縱向裂紋在靠近表面區(qū)內(nèi)充滿氧化皮，并且靠近心部焊合，裂紋的側(cè)面伴隨著脫碳。該類裂紋在深加工過程中，由于應(yīng)力集中，線材將沿裂紋方向發(fā)生斷裂。2.2.2拉拔橫裂橫裂形態(tài)：第一種與鋼絲軸向成一定角度，裂口呈搓衣

8、板狀裂紋；第二種是垂直于鋼絲軸向的橫裂，第三種是龜裂。6 圖6 65Mn鋼絲橫裂紋宏觀形貌 圖7 65Mn鋼絲橫裂紋鋼絲酸洗后宏觀形貌圖6、7為12.5mm 65Mn盤條拉拔到6.5mm時，表面橫裂紋宏觀形貌，裂紋有規(guī)則的垂直于鋼絲軸向，且該區(qū)域鋼絲表面明顯發(fā)亮，露出了發(fā)亮的金屬基體，裂紋內(nèi)沒有夾雜，尾部變形明顯，組織正常，為拉拔時潤滑不良，鋼絲與拉絲模直接摩擦所致。2.2.3潤滑不良造成表面三角形裂紋表面三角形裂紋斷口形態(tài)為錐形斷裂，裂紋發(fā)展示意圖見圖8。鋼絲表面“爪型”缺陷的出現(xiàn)主要是拉拔時潤滑不良造成的，另外，在拉拔和操作過程中，或在拉絲模出口未校準(zhǔn)時，鋼絲粗糙的表面上的刮削痕也可引起一

9、排“爪型”缺陷。圖8導(dǎo)致鋼絲斷裂的爪型發(fā)展示意圖3.產(chǎn)生原因及改進措施3.1中心偏析偏析實質(zhì)上是局部成分不均，是在結(jié)晶過程中發(fā)生的，為了抑制偏析，應(yīng)以提高鋼水結(jié)晶過程的冷卻速度為核心手段，使結(jié)晶盡快完成，不使柱狀晶發(fā)展。應(yīng)該說，減少偏析最有力的手段是實行連鑄，借助結(jié)晶器的間接水冷和二冷段的直接水冷，使冷卻速度大大提高，加之鑄坯端面小，結(jié)晶能很快完成，偏析程度減至最小。在連鑄機上增設(shè)電磁攪拌裝置，不但能進一步減輕偏析，還能阻礙疏松產(chǎn)生。3.2拉絲模角度拉拔角是影響拉拔過程杯錐狀脆斷的重要因素，錐斷是由于表層與近心部金屬在拉拔方向上流動的不一致而在心部產(chǎn)生拉應(yīng)力所造成的。一次拉拔總減面率在60%左

10、右時，鋼絲的延伸率低且不穩(wěn)定，此時選擇正確的拉拔角非常重要，否則該階段很可能出現(xiàn)拉斷或形成錐斷裂紋源。此外，拉拔角越大，鋼絲可能歪斜的程度就越大，會使表層發(fā)熱，表層的面縮增加，相對與之接觸處的心部塑性下降，也就是說，橫截面中心與表層的硬度增大，造成錐斷。3.3 控制軋制控制軋制是在熱軋過程中通過對金屬加熱制度、溫度制度和變形制度的合理控制使熱塑性變形與固態(tài)相變結(jié)合，獲得細(xì)小晶粒組織，使鋼材具有優(yōu)異的綜合力學(xué)性能的軋制工藝。對中、高碳鋼，低合金鋼來說，采用控制軋制工藝主要是通過控制軋制工藝參數(shù)（合金元素、碳元素、微量元素、開軋和終軋溫度等等）、細(xì)化變形奧氏體晶粒，經(jīng)過奧氏體向鐵素體和珠光體的轉(zhuǎn)變

11、，形成細(xì)化的鐵素體晶粒和較為細(xì)小的珠光體球團，從而達到提高鋼的強度、韌性和焊接性能的目的。對于高碳硬線，不僅要求不能有網(wǎng)狀滲碳體，而且制品企業(yè)均要求大規(guī)格線材能不經(jīng)熱處理，直接進行高速連續(xù)大壓縮比拉拔。因此，除了鋼質(zhì)外，還要求大規(guī)格高碳線材應(yīng)是索氏體化組織。索氏體片層間距?。?.150.25微米）且規(guī)整。3.4 裂紋從煉鋼到產(chǎn)品軋制出廠的整個生產(chǎn)過程中的任何一環(huán)節(jié)，都有可能發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生熱軋線材裂紋的原因。在熔煉車間，這些原因包括在澆注和鋼錠凝固過程中出現(xiàn)的缺陷如應(yīng)力裂紋、鋼錠皮下氣泡、鑄模缺陷造成鋼錠表面結(jié)疤和粗大凹痕。在軋制過程中，隨著急劇的軋制變形，如果軋輥孔型不合適，軋輥表面過多的磨損甚至損

12、壞，前面粗軋道次的導(dǎo)衛(wèi)劃痕，大塊氧化皮被軋入線材以及半成品的粗劣修整等所有的這些缺陷都會產(chǎn)生裂紋。在深加工過程產(chǎn)生缺陷的原因有：潤滑不良使鋼絲與盤條直接摩擦、時效時間不夠或過酸洗（氫脆）造成鋼絲表面產(chǎn)生橫裂紋；氧化皮去除不凈，拉拔時氧化皮和基體不能同時進行均勻變形，造成拉拔后的鋼絲表面存在微裂紋。目前，高碳硬線盤條的生產(chǎn)主要以連鑄、高速線材軋制為主，穩(wěn)定操作工藝基本可以消除裂紋缺陷，特別是頭尾剪切要干凈；高碳硬線明顯存在時效現(xiàn)象，用戶應(yīng)在時效后使用、酸洗干凈且不過酸洗、潤滑劑潤滑性能優(yōu)良可避免裂紋的出現(xiàn)。3.5“爪型”裂紋將“爪型”缺陷控制到最小程度的建議：若鋼絲表面有小“爪型”的跡象，首先考慮改進潤滑。如硬脂酸鈣比硬脂酸鈉更可導(dǎo)致較少的“爪型”。4.結(jié)語4.1原因高碳硬線杯錐狀脆斷主要原因是中心偏析、氮含量超標(biāo)、拉絲模角度偏大。高碳硬線拉拔橫裂紋、“爪型”裂紋主要原因是潤滑不良、時效不夠、氧化皮去除不凈、過酸洗（氫脆）、拉絲模破碎以及盤條表面成分偏析。4.2改進措施優(yōu)化連鑄工藝：過熱度、比水量、拉速控制在合適范圍，如低過熱度、小比水量、低拉速等。結(jié)晶器電磁攪拌。保證組織均勻。控軋