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盤條拉拔斷裂是怎么回事?

放大字體  縮小字體 發布日期:2019-04-28  來源:中國機電產品交易網
核心提示:高碳盤條鋼是生產高強度、低松弛預應力混凝土結構用鋼絲和鋼絞線的主要原料,主要應用于鐵路、公路、跨海大橋、大型建筑、水利等領域,它具有抗拉強度高、伸長率好、松弛值低、應力損失小和耐疲勞性能優良等特點。
    高碳盤條鋼是生產高強度、低松弛預應力混凝土結構用鋼絲和鋼絞線的主要原料,主要應用于鐵路、公路、跨海大橋、大型建筑、水利等領域,它具有抗拉強度高、伸長率好、松弛值低、應力損失小和耐疲勞性能優良等特點。在高碳鋼盤條中,YL82B是市場需求大、生產數量較多的鋼種,其主要規格為φ6.5φ12.5mm

    某批原材料為φ12mm、材質為YL82B的熱軋盤條,在拉拔加工過程中,發生斷裂現象,圖1中左側斷口從盤條周邊到心部逐漸凸起,形似筆尖,右側為與之匹配斷口,呈漏斗狀,這是斷裂起始于截面心部,并逐漸沿周邊向外擴展的一種特殊斷裂方式。經了解,拉拔工藝為:熱軋盤條→機械去皮→拉拔。分別在原材料及斷裂樣品上取化學成分、力學性能及金相試樣進行檢驗分析,以期查明其斷裂原因。

圖1 斷口形貌

1.理化檢驗

(1)化學成分分析

分別在原材料及拉拔斷裂樣品上取試樣采用瑞士ARL直讀光譜儀進行化學成分分析,檢測結果如表1所示。由表1可知,化學成分符合GB/T24238—2009標準技術要求。

表1 YL82B熱軋盤條化學成分(質量分數) (%)

(2)力學性能

在原材料上取力學性能試樣,使用美特斯SHT-4106電液伺服萬能試驗機進行力學性能檢驗,結果如表2所示,由表2可知,力學性能符合GB/T24238—2009標準技術要求。

表2 力學性能檢驗結果

取樣部位

編號

抗拉強度Rm/MPa

斷面收縮率Z/%

原材料

1

1200

44

2

1220

42

3

1220

44

標準值

1130~1280

≥30

注:盤條自然時效≥20天。

(3)金相檢驗

在原材料上取金相試樣,使用德國徠卡DMI5000M智能顯微鏡進行顯微觀察,檢驗結果如表3所示,由表3可知,原材料除顯微組織出現微量的Fe3C外,其他檢驗結果均符合GB/T24238—2009標準技術要求。

表3 金相檢驗結果

類別

非金屬夾雜物級別/級

脫碳層深度/mm

顯微組織

原材料

A0.5、B0.5、D0.5

0.10

S(90%)+P+Fe3C(微量)

標準值

≤0.18(1.5%D)

索氏體率≥85%

    在斷裂試樣上取斷口在體視顯微鏡下觀察,斷口呈典型的筆尖狀斷口,斷裂源位于中心位置,試樣表面沒有明顯的外觀缺陷,形貌如圖2所示。用線切割方式在斷口處沿試樣中心縱向制取金相試樣,顯微觀察試樣斷口尖端存在沿軸線斷續分布“V”形裂紋,裂紋形貌如圖3所示。裂紋附近發現有硫化物類夾雜物存在,級別為1級,顯微形貌如圖4所示。使用4%(體積分數)硝酸酒精溶液浸蝕后,“V”形裂紋處存在網狀滲碳體組織,形貌如圖5所示。低倍下觀察在試樣中心有一條明顯的偏析帶,形貌如圖6所示。

(a) 筆尖形貌(6.5×) (b)側表面形貌(6.5×)

圖2 斷口形貌

圖3 斷口尖端“V”形裂紋形貌(50×)

圖4 裂紋附近夾雜物形貌(500×)

圖5 內部裂紋附近網狀滲碳體組織形貌(500×)

圖6 試樣中心偏析帶(8×)

     在斷口附近取橫向試樣進行顯微觀察,低倍下觀察橫向試樣中心有偏析存在,偏析級別為B2級,形貌如圖7所示,試樣中心有“C”形裂紋缺陷存在,裂紋缺陷形貌如圖8所示,放大觀察試樣顯微組織為索氏體,中心有網狀滲碳體存在,顯微組織形貌如圖9所示。 

圖7 橫向偏析(6.5×)

圖8 橫向“C”形裂紋缺陷形貌(50×)

圖9 索氏體+網狀滲碳體(1000×)

2.分析與結論

    原材料化學成分、力學性能、非金屬夾雜物級別、脫碳層深度、索氏體含量等均符合GB/T24238—2009標準技術要求。

    YL82B熱軋盤條合格顯微組織為索氏體+珠光體,且索氏體在顯微組織中占有一定的比例(不小于85%)才能使YL82B鋼具有高的冷拉極限值。因為索氏體的片層間距小,當盤條拉拔變形時,片層多而薄的鐵素體相可以使位錯運動均勻而分散,抑制位錯塞積的提前發生。另外,當索氏體中的滲碳體相為薄片形態時,它在拉拔變形時可以發生彎曲且不易發生折斷。但是,如果滲碳體和鐵素體片層繼續變薄成為屈氏體時,在拉拔變形時滲碳體片之間發生碰撞的概率增大,使塑性變差。

     在原材料及斷裂的試樣上均檢驗發現顯微組織存在網狀滲碳體,由于YL82B屬于過共析鋼,在冷卻速率緩慢或中心碳含量較高的條件下,二次滲碳體沿原奧氏體晶界上析出,形成網狀。網狀滲碳體是高碳鋼盤條中的有害組織,它是一種硬而脆的組織相,不易變形。它的存在削弱了晶粒與晶粒之間的結合力,從而使盤條的強度和塑性均顯著下降。在冷拉拔過程中,由于網狀滲碳體的束縛晶粒變小,因而在此處產生應力集中,形成裂紋或孔隙,最終導致筆尖狀斷裂。

    非金屬夾雜物級別雖然不高,但在樣品中心“V”形裂紋附近出現了硫化物類夾雜物(1級),非金屬夾雜物的存在破壞了鋼基體的連續性,嚴重影響鋼的力學性能,產生應力集中,拉拔時不能與基體同步變形,在非金屬夾雜物與基體結合部位引起應力集中,導致裂紋在此處萌生及擴展,最終導致盤條拉拔斷裂。

    偏析帶的存在與原材料有關,偏析區與正常基體不協調形變導致偏析帶產生孔隙,孔隙擴展為裂紋后,逐漸沿周邊向外擴展即造成線材斷裂。

    由上述分析可知,YL82B盤條在拉拔過程中產生筆尖狀斷裂是由于中心偏析、網狀滲碳體、非金屬夾雜物共同作用下形成的。

3.建議

(1)連鑄坯控制過熱、調整冷卻速率,優化電磁攪拌及機械輕壓下,以減少偏析現象。

(2)穩定并控制好開軋溫度、終軋溫度、吐絲溫度及冷卻速率。保證產品必要的時效時間,保證顯微組織正常及原材料較高的冷拉極限值。

(3)優化冶煉及澆注工藝,減少非金屬夾雜物的生成,保證鋼液的潔凈度。

 
 
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