鋼絞線(xiàn)是由多根鋼絲絞合構(gòu)成的鋼鐵制品，采用高碳鋼盤(pán)條，經(jīng)過(guò)表面處理后冷拔成鋼絲，然后按鋼絞線(xiàn)結(jié)構(gòu)將一定數(shù)量的鋼絲絞合成股，再經(jīng)過(guò)消除應(yīng)力穩(wěn)定化處理而成。預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)的主要特點(diǎn)是強(qiáng)度高、松弛性能好，另外展開(kāi)時(shí)較挺直。因此對(duì)性能的要求較高，一般要求有良好的表面質(zhì)量和心部質(zhì)量，足夠的強(qiáng)度和適當(dāng)?shù)慕M織，優(yōu)良的拉拔性能。常用的材質(zhì)如SWRH77B、SWRH82B等。

近期部分用戶(hù)在生產(chǎn)過(guò)程中陸續(xù)出現(xiàn)批量拉拔斷裂缺陷，已嚴(yán)重影響鋼材正常上交。受生產(chǎn)廠(chǎng)委托，通過(guò)化學(xué)成分、夾雜物及金相及等方法對(duì)開(kāi)裂進(jìn)行了系統(tǒng)分析。

1.   裂紋分析與討論

1.1   裂紋形貌特征

缺陷盤(pán)條規(guī)格為12.5和13.0 mm。用戶(hù)的生產(chǎn)工藝為：盤(pán)條—物理除磷—磷化—皂化（提高線(xiàn)材拉拔時(shí)潤(rùn)滑）—拉絲（拉拔到5.05 mm）—捻股（共七股）—成品（鋼絞線(xiàn)），拉拔斷裂出現(xiàn)在盤(pán)條開(kāi)料展直、粗拉及捻股工序。盤(pán)條開(kāi)料展直時(shí)斷裂，可通過(guò)焊接繼續(xù)生產(chǎn)，捻股時(shí)斷裂，則無(wú)法通過(guò)焊接繼續(xù)生產(chǎn)，只能分料。

鋼絲斷口主要分為兩種：杯錐狀斷口及斜斷口。兩種斷口形貌有顯著差別，產(chǎn)生原因也存在明顯不同（圖1）。

用戶(hù)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的工序布局，鋼絲的生產(chǎn)并不是一次拉拔完成，而是單獨(dú)設(shè)置一道次拉拔螺旋肋的工序。用戶(hù)反饋在進(jìn)行螺旋肋加工時(shí)鋼絲的焊接部位斷絲現(xiàn)象較為普遍。

經(jīng)對(duì)斜斷口宏觀觀察（圖2），裂紋源位于線(xiàn)材外表面，由此處開(kāi)裂后呈放射狀導(dǎo)致整體撕裂。宏觀上呈現(xiàn)裂紋源區(qū)、纖維區(qū)和擴(kuò)展區(qū)，裂紋的斷口形貌為解理[1−2]。放射條紋呈人字形，人字形的尖部指向試樣邊緣，說(shuō)明斷裂起源于線(xiàn)材外表面，試樣外表面有“V”形缺陷，與拉拔方向一致。試樣的裂紋源均起源于線(xiàn)材外表面[3]。對(duì)外表面仔細(xì)觀察，個(gè)別斜斷口斷裂源附近存在明顯的凹、裂缺陷，經(jīng)觀察，可認(rèn)定為擦、劃傷缺陷。而杯錐狀斷口經(jīng)低倍檢驗(yàn)，存在明顯心部孔隙性缺陷。初步的檢查已經(jīng)暴露了一些缺陷成因，為進(jìn)一步對(duì)缺陷產(chǎn)生原因加以確認(rèn)，有必要進(jìn)一步系統(tǒng)分析。

1.2   化學(xué)成分檢驗(yàn)

取試樣進(jìn)行光譜及氣體含量分析，各項(xiàng)成分均未見(jiàn)異常，全部滿(mǎn)足BYBZ008—2011的要求。鋼水中P、S、O、N的含量均達(dá)到了正常的范圍內(nèi)，鋼水純凈水平尚可，具體成分如表1所示。

1.3   非金屬夾雜等檢驗(yàn)

對(duì)試樣分別進(jìn)行夾雜物、脫碳層組織檢驗(yàn)（表2），夾雜物均為細(xì)系，級(jí)別不是太高，因此夾雜物不是導(dǎo)致SWRH82B拉拔斷裂的直接原因。另外表面未見(jiàn)明顯脫碳層，檢驗(yàn)結(jié)果正常。

1.4   金相檢驗(yàn)結(jié)果

對(duì)出現(xiàn)開(kāi)裂的試樣根據(jù)類(lèi)型分別取樣分析，盤(pán)條的基體組織為索氏體+珠光體+少量碳化物。其中出現(xiàn)杯錐狀斷口的試樣基體金相組織正常但心部存在不同程度的疏松、縮孔缺陷（圖3）。

方坯在連鑄過(guò)程中，由于鋼液在結(jié)晶器內(nèi)冷卻條件的差異，鑄坯縱斷面中心產(chǎn)生“晶橋”，將鋼液隔開(kāi)，橋下部分凝固最晚，當(dāng)參與液體凝固收縮時(shí)，因得不到其他液體的補(bǔ)充在中心形成疏松或者縮孔[4]。疏松和縮孔在鑄坯的軋制過(guò)程中不能焊合，則在拉拔過(guò)程中便降低了鋼絲的抗變形能力并成為鋼絲拉拔過(guò)程的斷裂源，引起杯錐狀斷口。

而斜斷口試樣檢驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)表面存在馬氏體組織，厚度在20~50 μm，該組織的存在，誘發(fā)拉拔過(guò)程斷裂現(xiàn)象的發(fā)生。出現(xiàn)表面高碳馬氏體，主要是因?yàn)闊掍摑茶T過(guò)程中拉速、結(jié)晶器液面的不穩(wěn)定使結(jié)晶器卷渣，從而造成連鑄坯表面增碳（滲碳）。由于表面局部增碳，致使該部位碳含量遠(yuǎn)高于基體，從而使該部位金屬冷卻“C”曲線(xiàn)右移，使過(guò)冷奧氏體穩(wěn)定性增大，該部位金屬在相同的冷卻速度下也能得到高碳馬氏體組織；而表面的冷卻速度本身就較快，這更保證了表面生成高碳馬氏體組織的條件，促成了高碳馬氏體組織的生成。另外心部存在明顯的混晶現(xiàn)象，如圖4所示，鋼絲心部大小晶粒混雜。在后期拉拔過(guò)程中鋼絲組織出現(xiàn)的嚴(yán)重混晶部位產(chǎn)生巨大的內(nèi)應(yīng)力，從而加速拉拔斷裂現(xiàn)象的發(fā)生。另一方面由于鋼絲經(jīng)過(guò)拉拔加工后其加工硬化程度及晶粒的流向形變都使得焊接部位的應(yīng)力集中情況要高于母材的焊接部位。相應(yīng)的焊接點(diǎn)斷裂頻次也要高出母材。

2.   缺陷產(chǎn)生原因分析及解決措施

2.1   缺陷產(chǎn)生原因分析

通過(guò)對(duì)樣品宏觀及微觀分析，認(rèn)為拉拔斷裂的原因如下。

（1）盤(pán)條表面出現(xiàn)了異常組織馬氏體，這種現(xiàn)象在環(huán)境溫度較低的冬、春季更為明顯。而且母材表面處還存在擦劃傷，缺陷遺傳至鋼絲表面，更易在該部位產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力集中，形成斷裂源，誘發(fā)盤(pán)條在開(kāi)料展直或粗拉過(guò)程的斜斷。另外由于拔絲模具的老化、損壞或拔絲潤(rùn)滑劑潤(rùn)滑效果不理想也可能造成鋼絲斜斷。

（2）盤(pán)條拉拔過(guò)程出現(xiàn)杯錐狀斷口的主要原因是鑄坯芯部疏松、縮孔缺陷，經(jīng)盤(pán)條軋制后未能夠得到有效焊合，從而誘發(fā)鋼絲心部拉拔斷裂。

（3）客戶(hù)生產(chǎn)過(guò)程工藝布局、設(shè)置存在一定問(wèn)題，生產(chǎn)過(guò)程不具有連續(xù)性，重復(fù)性的焊接操作增加了焊接部位拉拔過(guò)程斷絲的幾率。這與客戶(hù)反饋斷絲多發(fā)部位相互印證。

2.2   工藝改進(jìn)措施

根據(jù)原因分析，在連鑄、軋制等工序分別采取了如下措施。

（1）盤(pán)條表面的擦劃傷缺陷，在盤(pán)條的生產(chǎn)、儲(chǔ)運(yùn)及后期使用操作各個(gè)環(huán)節(jié)均有可能出現(xiàn)。針對(duì)廠(chǎng)內(nèi)“冷”狀態(tài)下盤(pán)條劃傷類(lèi)的表面缺陷的防控，已經(jīng)制定了相應(yīng)的操作、管理規(guī)范并加強(qiáng)了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物的抽檢。其他環(huán)節(jié)的防控需要進(jìn)一步加強(qiáng)與關(guān)注。另外在運(yùn)輸與后期加工使用的過(guò)程中同樣需要加強(qiáng)對(duì)盤(pán)條表面質(zhì)量的防護(hù)。

（2）從化學(xué)成分控制角度適當(dāng)降低SWRH82B盤(pán)條C含量放行指標(biāo)，達(dá)到緩解盤(pán)條硬化性能的目的。

（3）加強(qiáng)鑄坯凝固組織的控制與管理，從過(guò)熱度、電磁攪拌及拉速配比上進(jìn)行優(yōu)化。保證鑄機(jī)冷卻系統(tǒng)運(yùn)行正常，鑄坯噴淋、冷卻均勻。保證鑄坯凝固組織穩(wěn)定，將鑄坯低倍檢驗(yàn)作為鑄坯放行軋制的約束條件執(zhí)行。

2.3   質(zhì)量改進(jìn)效果

經(jīng)強(qiáng)化現(xiàn)場(chǎng)操作規(guī)程后，后續(xù)用戶(hù)生產(chǎn)使用過(guò)程取得了較好的效果，批量拉拔斷裂得到了有效改善，在提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率的同時(shí)，也避免了外部異議的發(fā)生。

3.   結(jié)論

（1）拉拔斜斷缺陷是由于盤(pán)條表面出現(xiàn)了異常組織馬氏體以及表面擦劃傷所致。

（2）拉拔杯錐狀斷裂是鑄坯芯部疏松、縮孔缺陷，經(jīng)盤(pán)條軋制后未能夠得到有效焊合，從而誘發(fā)鋼絲心部拉拔斷裂。

（3）通過(guò)工藝優(yōu)化，可以有效避免此類(lèi)缺陷的產(chǎn)生。

文章來(lái)源——金屬世界