82B盘条脆断原因探析论文

　　摘要：通过对82B盘条缺陷取样，断口、SEM和金相分析、硬度测试，对脆断82B盘条进行综合检验，分析脆断产生的原因，并提出改进措施。大直径82B的圆盘虽然已经历了陈化，但在起重或酸洗后放置在放线架上或只进行了第一次拉伸后仍会发生断裂。根据3种不同类型的断裂情况，认为82B型圆盘的天然脆性断裂是由其内部的非正常结构和表面缺陷引起的。断裂部位的局部表层出现了块状碳化物和网格状渗碳体，裂缝的来源为不正常的部位，样品横截面上有较大的C级和较小的B级保护渣，因此，认为脆断是由于铸坯表面的部分碳化，导致出现了大量的碳粒沉淀。通过对铸锭均匀性的调控、浸入式喷嘴的适当埋入、恒拉速浇注、保持钢液位的稳定性，可降低钢锭因卷渣而造成的局部积炭，从而降低板料的脆性开裂。

 

　　关键词：82B盘条；脆断；改进措施

 

　　82B型钢带是用于制造高强度、低张紧预应力砼构件的PC和PC缆绳，因其在高层建筑、桥梁、石油化工、铁路、机场、电站等行业中得到了广泛的使用；如水坝等大型项目，对化学成分的稳定性、钢质的纯度、力学性质的优良、金相结构的统一。我公司供给客户的82B盘条，频繁出现笼口脆断现象,为了找出其自断原因，在此笔者对其进行了分析。

 

 

　　1.1断口宏观分析

 

　　观察实物82B断口，断口处肉眼可见裂纹源，裂纹源位于盘条表层，断口呈脆断形貌。实物82B圆盘的侧面有一条横向裂缝，该裂缝的长度大约为5mm，最大的直径为0.5mm，裂缝具有不规则的尺寸和形态，裂缝的基部以肉眼可见的方式发光，而圆盘的表层则是黑色的。大部分脆断断面都是平坦的，也有些是断裂的，没有剪刃或很细的剪唇片；结果表明，在试样中，试样的试样没有发生塑性变形，试件的断口形态具有明显的脆性破坏特点。对其他未经拉伸的其他圆盘进行现场追踪检查，没有出现任何问题，拉伸后出现的横向裂缝没有规则性，而且相同的炉数也没有明显的变化；在一定程度上，仅在一定程度上发生了横向裂缝，很难避免。

 

 

　　1.2现场调查

 

　　对客户生产现场及料库的82B卷进行实物追溯，可见有部分82B盘条内卷头部部分3圈~5圈内表面有1~2处点、片状的伤口，初步推断可能是擦伤。到线材厂进行原因追溯，对盘条收集杆进行检查发现，82B专用收集杆磨损严重，其中有一根从焊缝处裂开翘起，在盘条落下收集过程、盘条从收集杆移到U型钩的过程中均可能对盘条造成划伤，且在盘条落下、移出收集杆的过程盘条头部部分易造成擦伤。由于82B专用收集杆表面包裹有铜材料，而在对客户生产现场及料库的82B卷进行实物追溯时，发现有盘条内卷头部部分3圈~5圈内擦伤表面留有铜材料物质，推断盘条表面擦伤为收集杆擦伤。82B高碳圆盘是制造高强度、高松弛预紧钢和钢绞线的重要原材料。由于采用斯太尔摩法进行控制，采用快速线材热轧机组的高碳钢，采用常规方法进行拉拔，然后通过稳定加工，得到满足ASTM、BS要求的预压钢筋。单个82B的大直径圆盘虽然在一段时间内进行了老化，但在起重期间或在卸料台上用手拉、掰或仅通过第一、二道次拉出后发生了正常的断口，并且在断口处没有缩颈、相对平齐。为了这一点，对起重过程中，酸洗后放置在放线架上的3种不同类型的断口进行了检测，并对其断裂的成因进行了研究。

 

　　断口的微观形态表明，断口表面光滑，没有粗大的颗粒。对断裂部位进行了夹杂物及金相分析，结果表明，夹杂物等级不高。通过金相分析，发现钢中夹杂物并非导致脆性断裂的主要因素。用1：1的盐酸水溶液对82B型的连续铸坯和轧制的圆盘条(11mm和6.5mm)进行热酸浸。结果表明：铸件中心裂纹、角裂纹、缩松现象较为严重，而盘条表面则出现了微小的裂纹。用SEM对断裂试件的断口进行了显微组织学观察。断口呈现准解理、空洞和韧窝的混合断口，表明其断裂以韧性为主。经检测，断口呈韧窝状，断口无异常的冶金缺陷；相应的断裂发源地的金属丝表面都有不同程度的微细裂纹，这些微细裂纹与拉出之前的盘条表面状态有一定的联系，从而造成了拉丝时的断裂。82 B高碳钢盘条由于碳、硅、铬、锰等元素的偏析，容易形成网状渗碳，加之控制冷却不当，造成组织中的索氏体含量偏低；82 B高碳钢盘条断裂的主要原因是粗片状的珠光体和珠光体，这种非正常的金相和较大的脆性夹杂。在轧制过程中，由于盘条表面的微小裂缝和中央空洞，使其塑性降低，易发生断裂。

 

 

　　用SEM观察到82B断口处的显微组织，发现其断口处有明显的典型的解理河状脆断，其来源在圆盘内部的摩擦部位，并发现了一种不正常的材料。通过能量光谱的研究，发现断裂断裂部位出现了白色亮白色的超凡材料，其中含有大量的磷、锌、硅等酸性物质，由此可以判断出裂缝是在82B圆盘酸洗前形成的，并且从断裂裂缝来源的氧化铁推测是在盘条的高温下出现划痕，因此可以确定裂纹源是由于82B收集杆磨损严重造成的擦伤造成的。82B钢是一种高强度的高强度钢索及钢绞线的主要品种，它是一种用于深部产品的产品。其主要应用于建筑、水利、能源、海洋等行业，具有强度高、韧性好、松弛低的特点；抗腐蚀性和其他特性，并有很高的增值价值。82B盘条因其特殊的使用要求，化学成分稳定，钢材纯度高，机械强度好、金相结构一致，索氏体粒度高。但是82B型钢带在拉伸、拉拔等工艺中会出现断裂，严重地会对产品的使用造成一定的不利作用，造成脆性断裂的产生，并会导致产品的持续、产量下降。通过对82B型高碳圆盘条经拉伸处理后，其表面产生的连续横向开裂和断裂的成因进行了分析，依据分析的结论，对其进行了合理、高效的调节，并制订了相应的防范对策，从而降低了82B圆条的脆性，从而改善了制品的品质；减少制造费用，以符合顾客要求。

 

 

　　脆断盘条金相组织分析结果见表1所示，基质是一种素氏体-点状的类珍珠组织结构，裂纹源处有一段硬化层，长度在2.2mm~4.2mm，深度在0.03mm~0.12mm，分析硬化层组织为马氏体，金相组织中异常硬化层的长度及深度与82B盘条内卷的擦伤的长度、深度一致。分别在金相试样基体及硬化层部位做维氏硬度，基体组织硬度值在361~372，平均值为366，硬化层部位硬度值在912~1205，平均值为1043，硬化层部位硬度值约为基体组织硬度值的3倍。

 

　　82B盘条裂纹源处金相组织分析结果：

 

　　01号样品，牌号82B，检测编号1#，规格Φ12.5mm，基体组织为素氏体+少量片状珠光体，表层局部有一段硬化层，周长4.2mm，深0.12mm，硬化层1105，基体361。

 

　　02号样品，牌号82B，检测编号2#，规格Φ12.5，基体组织为素氏体+少量片状珠光体，表层局部有一段硬化层，周长3.2mm，深0.05mm，硬化层1201，基体363。

 

　　03号样品，牌号82B，检测编号3#，规格Φ12.5，基体组织为素氏体+少量片状珠光体，表层局部有一段硬化层，周长2.2mm，深0.03mm，硬化层912，基体367。

 

　　04号样品，牌号82B，检测编号4#，规格Φ12.5，基体组织。为素氏体+少量片状珠光体，表层局部有一段硬化层，周长4.2mm，深0.08mm，硬化层952，基体372。

 

　　有的情况下，盘条会产生拉钩，约占断条的2%，应该引起足够的注意。在一般条件下，圆环与圆环的接触是直线的，但若发生拉环或环的紊乱，则会发生圆环与圆环的接触。在包扎和挤出时，在点触处会产生微观裂缝。通过对盘条的装卸、堆叠进行了观测，并对积压的上千吨的卷条进行了检验，没有发现任何明显的划痕，使用尼龙缆索进行吊装，对提高金属丝的外观品质更为有利。82B型钢带的大多数自断段出现在钢带的两个端部，在输送时，由于存在着撞击而导致的脆性断裂，采用两端垫纸、外套编织布等方法来处理。

 

 

　　有研究表明：金相组织硬化层为隐针马氏体，也叫隐晶马氏体，马氏体的微观组织是：在奥氏组织中，碳化物的含量是非常不均匀的，所以在微观组织中，每个细小的组织都存在着不同的组份和Ms。随着Ms点高微区的形成，随着Ms值的升高，随着Ms的持续下降，邻近或附近Ms的微区会发生自身的过渡。此外，当Ms微区在过渡时，因Ms的微区与Ms点间存在差异，并且因碳含量的差异无法跨越，从而导致了细胞的结构更加精细。因此，通过对微观尺度的处理，可以使马氏体结构变得更细，从而获得“隐针形”。在高碳钢材中，以超细长的孪晶型马氏体为主要成分，通过光学显微镜无法分辨，在高分辨电镜下观察的隐晶马氏体金相组织。

 

　　大多数的脆断试件具有块状碳化物和网格状渗碳体(在局部表面，有0.2mm以下的断裂状组织，从外部到内部为网格状渗碳体、块状碳化物和网格状渗碳体)。根据现有的研究资料，发现该网孔中存在着局部的炭化，由于其表面碳化程度较高，导致其局部边缘出现了许多细小的炭块(块状)或网状碳化物，这种碳化物自身具有较高的脆性和塑性，再配以网状碳化物作为切割材料，减少了粘附性，从而大大削弱了其韧性和塑性；板条在拉伸过程中，由于板料和板料的塑性不能同时发生，导致板条和板条之间的内部应力产生了裂缝，从而导致板条拉伸后产生了横向开裂和断裂。这些颗粒状碳化物和网状碳化物在不同的时效期间不会改变。所以，只要在起重和放线架上出现碰撞、碰撞或摩擦、拉扯等情况下，都有可能出现断裂。

 

　　盘条擦伤时的擦伤处局部瞬间升温超过Acm温度线，而盘条其它部位温度较低，盘条导热性较好，摩擦部位温度较低，成了一种新的马氏体结构，且迅速降温时间非常短，生成的马氏体组织较为细小，形成组织中的局部硬化层隐针马氏体。隐针马氏体硬度高、塑性差，盘条受到收到扭转、拉拔等外力作用时，表层局部隐针马氏体硬化层产生应力集中，形成裂纹源，裂纹迅速扩展，造成盘条脆断。

 

　　由于在热轧工艺中，在热轧工艺中没有局部的碳化，因此，在生产过程中，一定会发生局部的碳化。经纵向和断裂处的金相结构和SEM观察，均显示出大量的大的保护渣状夹杂，表明部分的碳化是在冶炼过程中发生的，而且可以肯定是因铸坯引起的。其基本机制是：铸造时的保护渣在铸造时会产生一层渣层，由上而下分为固体层、预熔层(半熔化层)和熔融层(熔渣层)。与钢液相接触的是一种熔化的物质(液体残留物)，在该保护渣(含碳14%~17%)中，由一种金属形成的液体相分离的液体残留物。尽管高含碳量的保护渣之间有一层隔离，但在铸造时，保护渣会随着钢液向外流淌，靠近结晶器的铜管，在弯月表面会发生崩塌，如果发生异常的拉力变化。导致某些含碳量高的原渣被卷入钢液中或流入结晶器的铜内空隙，而碳化物在钢液中溶解率高，与钢液发生反应；由于保护渣进入钢中，在铸件的表面沉积了大量的碳化物，从而导致了不均匀的碳化。

 

　　对连铸进行现场跟踪检查，结果表明：铸件出现了异常的拉速波动，结晶器液面异常波动和水口腐蚀现象，导致铸件表面有大量的夹渣现象，经检测，铸件中出现了大量的夹渣现象，对铸件进行了定废，但实际存在漏检的情况。为了跟踪钢锭的外观和外观的变化，本文研究了带钢包渣的铸件。对经试轧制的圆钢圆钢进行了拉伸实验，发现其表层存在着横向裂缝和断裂现象。认为，目前的脆断是由连续铸锭产生的铸锭局部积炭，导致铸件中大量析出的网格渗碳体，也就是在铸造时，若发生拉速不正常的变化，则会对铸件的稳定性产生一定的不利作用；导致一些含有高碳化物的原渣被卷到了钢液中，或者流入了结晶器的铜管缝隙中，导致了一部分碳化物和网状渗碳体的加入，导致了板条的拉伸过程中产生了连续的侧裂和断裂。

 

 

　　综上所述，82B盘条笼口脆断的原因为表层局部存在隐针马氏体硬化层。根据线材厂的盘条收集杆的磨损情况、客户生产现场82B盘条内卷头部部分3圈~5圈内擦伤表面留有铜材料物质、扫描电镜检测裂纹源处有氧化铁、P、Zn、Si等酸洗物质以及金相存在异常马氏体组织，可以确定近期的82B盘条拉拔多次笼口断是由于盘条收集杆磨损严重造成盘条内卷表面擦伤造成的。炼钢精炼过程中添加的碳粉混合不够均匀，以调节碳当量，导致钢锭中的碳含量比较高；高线加热、轧制不能完全排除这种偏析现象，从而产生了残余的碳离析，并在后续的控冷期内形成颗粒状、网状渗碳层，所以在炼钢时应加强精炼和LF炉末端的碳量，防止钢液中出现局部积炭现象。由于铸件中的毛刺和毛刺容易导致铸件的表层(微观)开裂，必须改善铸件的表面品质，避免出现微小的裂纹。其次是，轧件的部分过度饱和，会产生“耳”现象，从而导致卷曲；如果导板、护板或护板的品质差，则会在轧件的表面留下很深刻的划痕，这些划痕有的只是部分的，有的甚至遍布整个轧件；由于轧后刮花的部位会被压入轧件的内部而引起褶皱，故应进行适当的孔形结构和强化导板、卫板的清洁。为了增加82B型钢条的抗压能力和抗压性，通常加入一些铬，再加上钢种中也包含了锰，而铬、锰是容易发生偏析的物质；所以，在常规的低温下，铬和锰的偏析区会产生屈氏体和马氏体态，应充分利用电磁场的影响，防止铬、锰等合金成分的偏析。

 

　　根据上述分析结果及擦伤位于盘条的位置，建议采取以下措施，为了防止出现脆性断裂，着重从降低轧制中的结渣量入手，提出了如下对策：

 

　　(1)将发现已有擦伤的82B盘条在拉拔前先剪切3圈~5圈，减少擦伤造成的损失。密切注意加渣自动加料设备，如有堵渣或漏渣不匀，应立即进行处置，以保证加渣的均一化。

 

　　(2)将磨损严重的收集杆及时更换或修复，对浸没进水管的正确埋设深度和方位进行严格的管理，注意水口腐蚀状况。

 

　　(3)线材厂制定相关规定，加强对收集杆磨损程度的巡、检查，发现收集杆磨损程度会对盘条造成擦伤时，应更换或修复。在连续生产中，应注意采用恒速、液面稳定化等措施，从而降低钢锭在铸件中出现的局部积炭，强化对夹渣的检查，降低带渣的钢锭流动。

 

　　对82B型盘条拉拔后的侧向开裂和断裂的数量有明显的改善作用。82B(每百吨)(断裂)总数(次/百吨)较上年显著减少，有效地抑制了82B盘条拉拔断裂的情况，82B百吨断次(断裂)总数(每百吨)从每月的0.29降至0.09，降幅69%。