摘 要:某DL05電纜鋼盤(pán)條出現(xiàn)晶粒不均勻的形貌特征,通過(guò)晶粒度評(píng)價(jià)試驗(yàn),形成了一套針 對(duì)DL05電纜鋼盤(pán)條不同晶粒形貌的成體系、全方位的表征和評(píng)價(jià)技術(shù),并將其應(yīng)用在 DL05電纜 鋼盤(pán)條的技術(shù)開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)檢驗(yàn)中,有效地提升了DL05電纜鋼盤(pán)條的質(zhì)量。

關(guān)鍵詞:電纜鋼;低碳鋼;晶粒度;表征及評(píng)價(jià)

中圖分類(lèi)號(hào):TB31;TG115.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):1001-4012(2023)08-0014-03

DL05電纜鋼盤(pán)條的生產(chǎn)工藝路線(xiàn)是:高爐鐵 水→轉(zhuǎn)爐冶煉→LF(鋼包精煉爐)精煉→RH(真空 循環(huán)脫氣)精煉→小方坯連鑄→方坯步進(jìn)式加熱 爐加熱→高線(xiàn)軋機(jī)軋制→吐絲集卷→表面檢查→ 性能檢驗(yàn)→入庫(kù)。下游用戶(hù)將 DL05電纜鋼盤(pán)條 的直徑從6.5mm 拉拔到1.5mm 后,進(jìn)行退火熱 處理,再在表面進(jìn)行電鍍銅,就形成了一種雙金屬 新型材料,該材料既具有鋼的強(qiáng)度,又具有銅的導(dǎo) 電性能,比單純使用銅的成本更低,因此當(dāng)前應(yīng)用 十分廣泛。DL05電纜鋼盤(pán)條中碳元素的質(zhì)量分 數(shù)為2×10-5,屬于超低碳鋼,其組織是純鐵素體, 分布在鐵碳平衡相圖的最左邊。這種鋼在生產(chǎn)時(shí) 的加熱溫度和開(kāi)軋溫度都比較高,容易形成晶粒 長(zhǎng)大的趨勢(shì)。在 DL05電纜鋼盤(pán)條的研發(fā)和生產(chǎn) 過(guò)程中,如果加熱溫度、加熱時(shí)間控制不精確,材 料就極易產(chǎn)生晶粒不均勻現(xiàn)象,且出現(xiàn)多種不同 形態(tài)的晶粒形貌。這種晶粒不均勻的現(xiàn)象會(huì)使 DL05電纜鋼盤(pán)條出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題,如退火后材料表 面出現(xiàn)“竹節(jié)狀”缺陷、拉拔斷裂等,因此對(duì) DL05 電纜鋼盤(pán)條的微觀及性能指標(biāo)要求更嚴(yán)格。組織 中晶粒的大小與材料的力學(xué)性能有明顯的對(duì)應(yīng)關(guān) 系,晶粒的平均直徑越小,材料的屈服強(qiáng)度越高。 考慮到晶粒不均勻現(xiàn)象及晶粒度對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和性 能的影響,開(kāi)展對(duì) DL05電纜鋼盤(pán)條鐵素體晶粒的 大小、分布均勻性和形態(tài)等評(píng)價(jià)至關(guān)重要。

對(duì)DL05電纜鋼盤(pán)條在生產(chǎn)過(guò)程中呈現(xiàn)的不均 勻晶粒形態(tài)特征,筆者通過(guò)晶粒度評(píng)價(jià)試驗(yàn),形成了 一套DL05電纜鋼盤(pán)條晶粒度的評(píng)價(jià)方法,以提高 DL05電纜鋼盤(pán)條產(chǎn)品的質(zhì)量。

1 晶粒度評(píng)價(jià)試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料的化學(xué)成分

DL05電纜鋼盤(pán)條的化學(xué)成分如表1所示。

1.2 金相試樣制備

由于 DL05電纜鋼盤(pán)條的碳含量較低,其熱軋 后的室溫顯微組織主要為等軸鐵素體,硬度非常 低。依據(jù)GB/T13298—2015《金屬顯微組織檢驗(yàn) 方法》制樣,試樣長(zhǎng)度一般約為20mm,用鑲嵌機(jī) 鑲嵌試樣,鑲嵌面為盤(pán)條的橫截面和縱截面,磨拋 試樣后,用體積分?jǐn)?shù)為4%的硝酸乙醇溶液進(jìn)行腐 蝕。將試樣置于光學(xué)顯微鏡下觀察。一般每批 DL05電纜鋼盤(pán)條取雙樣,即在同一批中不同的兩 卷鋼上進(jìn)行取樣,也可以根據(jù)質(zhì)量要求適當(dāng)增加 試樣數(shù)量。

1.3 DL05電纜鋼盤(pán)條晶粒度國(guó)家檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

針對(duì)電纜鋼生產(chǎn)及退火過(guò)程中出現(xiàn)的晶粒度問(wèn) 題,結(jié)合晶粒度檢驗(yàn)方法對(duì)晶粒度進(jìn)行評(píng)價(jià)。采用 GB/T6394—2017 《金屬平均晶粒度檢驗(yàn)方法》, GB/T24177—2009 《雙重晶粒 度 表 征 與 測(cè) 定 方 法》、YB/T4290—2012《金相檢測(cè)面上最大晶粒尺 寸級(jí)別 (ALA 晶粒度)測(cè)定方法》、GB/T4335— 2013《低碳鋼冷軋薄板鐵素體晶粒度檢驗(yàn)方法》對(duì) 電纜鋼盤(pán)條的晶粒度進(jìn)行表征及評(píng)價(jià),這4個(gè)晶粒 度檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的基本內(nèi)容如表2所示。

2 DL05電纜鋼盤(pán)條不同形態(tài)晶粒度的評(píng)定

2.1 DL05電纜鋼盤(pán)條晶粒度形態(tài)表征

大多數(shù)正常生產(chǎn)工藝情況下,DL05電纜鋼盤(pán) 條的晶粒均勻。在不正?；虿环€(wěn)定的生產(chǎn)情況下, 電纜鋼盤(pán)條晶粒的形態(tài)特征比較復(fù)雜,呈現(xiàn)不同形 態(tài)。有的盤(pán)條表面形成大晶粒,中心部位形成均勻 的等軸小晶粒;有的盤(pán)條表面形成小晶粒,中心部位 形成大晶粒;有的局部部位形成大晶粒,有的部位出 現(xiàn)柱狀晶。有時(shí)大晶粒和小晶粒的級(jí)別相差較大, 達(dá)到3級(jí)以上,出現(xiàn)了混晶。

在生產(chǎn)過(guò)程中,DL05電纜鋼盤(pán)條呈現(xiàn)5種不 同類(lèi)型的晶粒形貌(見(jiàn)圖1~5)。在用戶(hù)拉拔或熱 處理鍍銅工藝過(guò)程中,DL05電纜鋼盤(pán)條出現(xiàn)3種 不同的晶粒形態(tài)(見(jiàn)圖6~8)。

2.2 不同形態(tài)晶粒的評(píng)價(jià)

根據(jù)DL05電纜鋼盤(pán)條不同形態(tài)的晶粒,選用 不同的評(píng)價(jià)方法對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià),不同晶粒形貌對(duì)應(yīng) 的形態(tài)表征如表3所示。

3 DL05電纜鋼盤(pán)條晶粒度形態(tài)表征和評(píng)價(jià) 技術(shù)討論

DL05電纜鋼盤(pán)條屬于超低碳鋼,俗稱(chēng)“銅包 鋼”,化學(xué)成分中除了 Mn元素外,沒(méi)有添加其他合 金元素。方坯經(jīng)過(guò)熱軋工藝,其吐絲過(guò)程中沒(méi)有進(jìn) 行相關(guān)控冷,因此盤(pán)條在室溫下的顯微組織是鐵素 體。如果DL05電纜鋼盤(pán)條的整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程穩(wěn)定, 盤(pán)條的鐵素體晶粒就均勻,晶粒度級(jí)別一般在6級(jí) 以上,無(wú)3級(jí)以上的混晶現(xiàn)象。如果加熱工藝不正 常,或者軋線(xiàn)出現(xiàn)故障,DL05電纜鋼盤(pán)條方坯在加熱 爐中加熱時(shí)間就會(huì)過(guò)長(zhǎng),軋制成盤(pán)條后的成品晶粒尺 寸也相應(yīng)變大,晶粒度級(jí)別降低;如果軋制過(guò)程中的溫度控制不穩(wěn)定,軋制后盤(pán)條中的晶粒尺寸就會(huì)出 現(xiàn)變化,有可能出現(xiàn)局部的晶粒不均勻,或較大范圍 的晶粒不均勻現(xiàn)象,形態(tài)特征比較復(fù)雜。

正常加熱和軋制工藝狀態(tài)下,DL05電纜鋼盤(pán) 條鐵素體晶粒的形態(tài)特征一般都是等軸的,而且分 布較均勻,晶粒度的評(píng)價(jià)可以按照 GB/T6394— 2017標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)定。由于大生產(chǎn)質(zhì)量檢驗(yàn)需要較 短的生產(chǎn)檢驗(yàn)周期、較高的檢驗(yàn)速率和檢驗(yàn)效率,因 此一般優(yōu)先采用圖譜比較法評(píng)價(jià)晶粒度。如果對(duì)晶 粒度的級(jí)別測(cè)量要求較高,也可以采用面積法或者 截點(diǎn)法。

對(duì)于非正常加熱和軋制狀態(tài)下的 DL05電纜鋼 盤(pán)條,晶粒形態(tài)特征表現(xiàn)為局部區(qū)域晶粒大小明顯 不同,且不均勻,可以按照 GB/T24177—2009標(biāo)準(zhǔn) 對(duì)晶粒度進(jìn)行評(píng)定。DL05電纜鋼盤(pán)條的晶?？傮w 較均勻,只有某一個(gè)點(diǎn)或區(qū)域出現(xiàn)一顆或幾顆(一般 不超 過(guò) 3 顆)比 較 大 的 晶 粒,可 以 按 照 YB/T 4290—2012標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行晶粒度評(píng)價(jià),在評(píng)定總體晶粒 特征的基礎(chǔ)上,把最大晶粒評(píng)定出來(lái);另外,對(duì)于 DL05電纜鋼盤(pán)條中有一定變形形態(tài)特征的等軸 晶,可以按照 GB/T4335—2013標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行晶粒度 評(píng)價(jià)。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)DL05電纜鋼盤(pán)條的晶粒形態(tài)在實(shí)際生產(chǎn) 中呈現(xiàn)多種形貌,只用一種方法評(píng)價(jià)不全面,不能真 實(shí)科學(xué)地對(duì)其進(jìn)行晶粒度評(píng)價(jià)。

(2)國(guó)內(nèi)不同的晶粒度檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)有自己應(yīng)用的 對(duì)象及其表征和評(píng)價(jià)特點(diǎn)。將4種國(guó)家晶粒度檢驗(yàn) 標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)合使用,可以更準(zhǔn)確地表征 DL05電纜鋼盤(pán) 條晶粒的形態(tài)特征,評(píng)價(jià)晶粒的大小、形態(tài)、分布、占 比等關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

(3)根據(jù)實(shí)際試樣的晶粒形態(tài),建立一個(gè)DL05 電纜鋼盤(pán)條晶粒形態(tài)表征和評(píng)價(jià)技術(shù)方法體系,能 夠科學(xué)、全面、客觀和準(zhǔn)確地表征和評(píng)價(jià) DL05電纜 鋼盤(pán)條的晶粒度,可在工藝的改善中發(fā)揮重要作用。

<文章來(lái)源>材料與測(cè)試網(wǎng)>期刊論文>理化檢驗(yàn)－物理分冊(cè)>59卷>8期(pp:14-16)>