鋼絞線是由多根鋼絲絞合構成的鋼鐵制品，采用高碳鋼盤條，經(jīng)過表面處理后冷拔成鋼絲，然后按鋼絞線結構將一定數(shù)量的鋼絲絞合成股，再經(jīng)過消除應力穩(wěn)定化處理而成。預應力鋼絞線的主要特點是強度高、松弛性能好，另外展開時較挺直。因此對性能的要求較高，一般要求有良好的表面質量和心部質量，足夠的強度和適當?shù)慕M織，優(yōu)良的拉拔性能。常用的材質如SWRH77B、SWRH82B等。

近期部分用戶在生產(chǎn)過程中陸續(xù)出現(xiàn)批量拉拔斷裂缺陷，已嚴重影響鋼材正常上交。受生產(chǎn)廠委托，通過化學成分、夾雜物及金相及等方法對開裂進行了系統(tǒng)分析。

1.   裂紋分析與討論

1.1   裂紋形貌特征

缺陷盤條規(guī)格為12.5和13.0 mm。用戶的生產(chǎn)工藝為：盤條—物理除磷—磷化—皂化（提高線材拉拔時潤滑）—拉絲（拉拔到5.05 mm）—捻股（共七股）—成品（鋼絞線），拉拔斷裂出現(xiàn)在盤條開料展直、粗拉及捻股工序。盤條開料展直時斷裂，可通過焊接繼續(xù)生產(chǎn)，捻股時斷裂，則無法通過焊接繼續(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）。

用戶生產(chǎn)現(xiàn)場的工序布局，鋼絲的生產(chǎn)并不是一次拉拔完成，而是單獨設置一道次拉拔螺旋肋的工序。用戶反饋在進行螺旋肋加工時鋼絲的焊接部位斷絲現(xiàn)象較為普遍。

經(jīng)對斜斷口宏觀觀察（圖2），裂紋源位于線材外表面，由此處開裂后呈放射狀導致整體撕裂。宏觀上呈現(xiàn)裂紋源區(qū)、纖維區(qū)和擴展區(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，說明斷裂起源于線材外表面，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材外表面[3]。對外表面仔細觀察，個別斜斷口斷裂源附近存在明顯的凹、裂缺陷，經(jīng)觀察，可認定為擦、劃傷缺陷。而杯錐狀斷口經(jīng)低倍檢驗，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，為進一步對缺陷產(chǎn)生原因加以確認，有必要進一步系統(tǒng)分析。

1.2   化學成分檢驗

取試樣進行光譜及氣體含量分析，各項成分均未見異常，全部滿足BYBZ008—2011的要求。鋼水中P、S、O、N的含量均達到了正常的范圍內，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

對試樣分別進行夾雜物、脫碳層組織檢驗（表2），夾雜物均為細系，級別不是太高，因此夾雜物不是導致SWRH82B拉拔斷裂的直接原因。另外表面未見明顯脫碳層，檢驗結果正常。

1.4   金相檢驗結果

對出現(xiàn)開裂的試樣根據(jù)類型分別取樣分析，盤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）。

方坯在連鑄過程中，由于鋼液在結晶器內冷卻條件的差異，鑄坯縱斷面中心產(chǎn)生“晶橋”，將鋼液隔開，橋下部分凝固最晚，當參與液體凝固收縮時，因得不到其他液體的補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程中不能焊合，則在拉拔過程中便降低了鋼絲的抗變形能力并成為鋼絲拉拔過程的斷裂源，引起杯錐狀斷口。

而斜斷口試樣檢驗過程中發(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)拉拔過程斷裂現(xiàn)象的發(fā)生。出現(xiàn)表面高碳馬氏體，主要是因為煉鋼澆鑄過程中拉速、結晶器液面的不穩(wěn)定使結晶器卷渣，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高于基體，從而使該部位金屬冷卻“C”曲線右移，使過冷奧氏體穩(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?；祀s。在后期拉拔過程中鋼絲組織出現(xiàn)的嚴重混晶部位產(chǎn)生巨大的內應力，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力集中情況要高于母材的焊接部位。相應的焊接點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

通過對樣品宏觀及微觀分析，認為拉拔斷裂的原因如下。

（1）盤條表面出現(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)生內應力集中，形成斷裂源，誘發(fā)盤條在開料展直或粗拉過程的斜斷。另外由于拔絲模具的老化、損壞或拔絲潤滑劑潤滑效果不理想也可能造成鋼絲斜斷。

（2）盤條拉拔過程出現(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）客戶生產(chǎn)過程工藝布局、設置存在一定問題，生產(chǎn)過程不具有連續(xù)性，重復性的焊接操作增加了焊接部位拉拔過程斷絲的幾率。這與客戶反饋斷絲多發(fā)部位相互印證。

2.2   工藝改進措施

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）盤條表面的擦劃傷缺陷，在盤條的生產(chǎn)、儲運及后期使用操作各個環(huán)節(jié)均有可能出現(xiàn)。針對廠內“冷”狀態(tài)下盤條劃傷類的表面缺陷的防控，已經(jīng)制定了相應的操作、管理規(guī)范并加強了現(xiàn)場實物的抽檢。其他環(huán)節(jié)的防控需要進一步加強與關注。另外在運輸與后期加工使用的過程中同樣需要加強對盤條表面質量的防護。

（2）從化學成分控制角度適當降低SWRH82B盤條C含量放行指標，達到緩解盤條硬化性能的目的。

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

2.3   質量改進效果

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

3.   結論

（1）拉拔斜斷缺陷是由于盤條表面出現(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）通過工藝優(yōu)化，可以有效避免此類缺陷的產(chǎn)生。

參考文獻

[1]亓奉友, 陳戈萍, 孫杰青. SWRH82B盤條脆斷原因分析. 金屬制品,2005(6):28doi: 10.3969/j.issn.1003-4226.2005.06.010

[2]崔約賢, 王長利. 金屬斷口分析. 哈爾濱: 哈爾濱工業(yè)大學出版社, 1998

[3]馮巖青. 線材拉拔斷裂原因分析. 理化檢驗:物理分冊,2011,47(9):557

[4]張全剛, 馬志軍, 琚艷軍, 等. 82B線材拉拔脆斷原因分析. 金屬制品,2007(4):16doi: 10.3969/j.issn.1003-4226.2007.04.005

文章來源——金屬世界