82B盤條拉拔脆斷原因分析及改進措施

王家勝 李子林 張景宜 楊曉奇 張曉鋒 石成剛

(安陽鋼鐵集團有限責任公司)

82B盤條拉拔脆斷原因分析及改進措施

王家勝 李子林 張景宜 楊曉奇 張曉鋒 石成剛

(安陽鋼鐵集團有限責任公司)

通過對拉拔過程中發生脆斷的 82B線材的分析和研究，找出了引起 82B盤條斷裂的主要原因，采取了各種解決措施，使盤條質量明顯改善。

82B線材 拉拔 脆斷 改進措施

0 前言

高強度預應力鋼絲、鋼絞線用 82B盤條主要用于大型鐵路、公路、橋梁和輸水管道。對原始盤條要求化學成分均勻、鋼的純凈度高、組織均勻，表面質量好，不能有折疊、耳子、結疤等缺陷。安鋼月產82B盤條兩萬多噸，在國內大型工程建設中發揮了重要作用。生產中由于工藝控制點多，容易因為工藝波動引起質量問題，其中存在的典型質量問題是拉拔脆斷。

1 存在質量問題分析

該鋼種生產工藝流程為：混鐵爐鐵水 (廢鋼)—100t轉爐—100tLF精煉—150mm×150mm方坯連鑄-鑄坯檢驗-加熱爐-高速線材軋制—斯太爾摩線控冷-盤條檢驗-打包入庫。

經對拉拔過程脆斷盤條進行取樣分析，發現盤條中心有網碳組織和馬氏體存在 (如圖1所示)，部分盤條內部有大顆粒夾雜物存在(如圖2所示)。

圖1 盤條中心異常組織

圖2 盤條夾雜物形貌

中心網碳產生的原因是：高碳鋼在凝固過程中的中心偏析，在軋制過程時溫度高，由于保溫時間有限心部碳偏析難以消除，在控冷過程達到相變點時能促使晶界脆性滲碳體薄膜的形成。中心馬氏體產生的原因是：鑄坯中心 Cr、M n合金元素的偏析，且又是穩定奧氏體狀態的元素，造成盤條中心部位的C曲線比其表面的 C曲線更靠右，使中心部位冷卻速度低于盤條表面，導致奧氏體保持到較低的溫度，奧氏體的低溫轉變是馬氏體[1]。M g、A l、Si、Ca等元素氧化物是 82B盤條常見夾雜物，其熔點、硬度都很高，不易變形。82B中含的夾雜物在冷加工時受到拉應力，隨著金屬的變形流動，非金屬夾雜物周圍的空隙就會長大、延伸而形成顯微裂紋，周圍金屬基體應力急劇提高，導致拉拔脆斷。

2 改進措施

找到 82B盤條斷裂的原因后，針對主要控制點進行了工藝優化，通過采取如下相關措施，從根本上解決這些問題。

2.1 減輕鑄坯的成分偏析

鑄坯成分偏析是網狀滲碳體形成的直接原因，鋼水過熱度是影響偏析的主要參數，拉速、二冷制度對鑄坯凝固質量影響較大。

過熱度波動造成拉速波動較多，從而影響鑄坯凝固質量 (加重縮孔、偏析)，從根本上穩定中包溫度是解決問題關鍵所在，穩定中包溫度，減少偏析，具體從以下幾方面入手：

1)強化鋼包烘烤，確保紅包出鋼；

2)調整鐵水廢鋼比，提高轉爐出鋼溫度20℃，使鋼包包壁蓄熱良好，降低包壁散熱，也減輕 LF升溫壓力；

3)精煉石灰和保溫劑加入量適當提高，減少因渣層太薄和保溫劑覆蓋不足造成的鋼包上部鋼液散熱較多而影響后期溫降大，造成澆鑄后期低溫導致水口結瘤；

4)減少精煉渣重復利用次數。精煉渣在普碳鋼冶煉時，回收使用可以減少石灰用量，但隨著重復使用次數的增多，光學堿度降低，其脫硫能力和吸附夾雜物能力大大降低，而且發泡能力也很差，只能加劇鋼液吸氮并增加額外的熱量補充。在 82B生產中，由于對精煉渣脫硫和去夾雜要求較高，重復使用精煉渣起不到應有的脫硫 (減少石灰使用量)的作用，反而使鋼液溫度不均勻并增加LF用電量；另一方面，一些含鈦鋼種精煉渣重復使用還造成鈦的富集，使盤條含鈦夾雜物出現，影響盤條拉拔性能。

5)避免后期升溫，確保弱攪拌使溫度均勻，過熱度控制在20～30℃；保證拉速穩定，減少縮孔、偏析和因拉速波動造成的卷渣。

6)加強連鑄鋼包回轉臺包蓋升降系統維護。采取措施保證電機工作正常，不頻繁燒壞產生故障。

7)優化配水，適當減少結晶器水量，提高二冷比水量，對二冷Ⅰ段、Ⅲ段水量進行調整，減少鑄坯偏析和縮孔。

2.2 減少鋼中大顆粒夾雜物

鋼中夾雜物來源主要有內生夾雜和外來夾雜兩類，內生夾雜是在冶煉過程中產生的，外來夾雜是因種種原因從外界帶入的。內生夾雜比較細小，在鋼中分布比較均勻，外來夾雜比較大分布無規律。斷口處夾雜物顆粒一般在50μm以上，大顆粒夾雜物是產生拉拔應力的集中源，是 82B盤條拉拔產生斷裂的原因之一。因此，必須減少鋼中大顆粒夾雜物。

結合生產情況，采取以下措施減少鋼中大顆粒夾雜物：

1)優化鋼包吹氬工藝。鋼中的夾雜物通過凝聚和上浮從鋼液中去除[2]。夾雜物的凝聚條件是在鋼液中碰撞長大，在鋼液靜止條件下夾雜物之間主要發生布朗碰撞長大和斯托克斯上浮。布朗碰撞主要和鋼水溫度和粒子直徑有關，溫度越高粒子直徑越小布朗碰撞越明顯，粒子碰撞長大幾率越大；斯托克斯上浮規律服從斯托克斯公式：

式中：V——夾雜物上浮去除速度；

ρm——鋼液密度；

ρs——夾雜物密度；

g——重力加速度；

d——夾雜物直徑；

μ——鋼液粘度系數。

由公式可見，在夾雜物密度、鋼液溫度一定的條件下上浮速度主要與夾雜物直徑關。然而，靠布朗碰撞長大和斯托克斯上浮去除夾雜物所需時間很長，在實際生產中，夾雜物的去除主要靠氬氣攪拌碰撞長大和與爐渣碰撞吸附去除，尤其精煉結束弱攪拌強度和時間。針對這一特點，制定合理的工藝制度，降低了弱攪拌時氬氣流量，并根據不同鋼包透氣情況合理調節氬氣流量，將弱攪拌時間適當延長，充分去除鋼液中的大顆粒夾雜。

2)鈣處理使夾雜物變性。通過鈣處理措施，將鋼中的A l2O3形成低熔點的鋁酸鹽，在鋼液中上浮排除，同時提高了鋼水流動性，避免了水口堵塞。

3)做好保護澆鑄。生產實踐證明，鋼水澆鑄過程中如果保護不良，總氧含量可由20×10-6上升到60×10-6，造成鋼中夾雜物超標。為避免這種情況發生，加強了連鑄過程工藝控制，做好水口烘烤，安裝水口時確保密封墊完好和對中，防止吸氣，保護渣勤加、少加、加入均勻，保證隔絕外界空氣和吸附夾雜物的效果。

4)加強結晶器液面自動控制設備維護。結晶器液面自動控制系統出現故障時，采用人工控制方式，導致結晶器液面波動大，鋼水容易卷渣。在停機檢修時，對此進行重點檢查，確保設備維護到位，杜絕生產時故障出現。

3 改進效果

采取以上改進措施后，有效控制中心網碳和馬氏體，索氏體含量比例達到90％左右；消除了保護渣卷渣現象，大顆粒夾雜物數量明顯減少，夾雜物尺寸穩定在30μm以下，從組織和夾雜物兩個方面消除了 82B盤條拉拔脆斷的應力集中源，滿足了下游用戶盤條拉拔要求。工藝改進后 82B盤條中心組織和夾雜物尺寸如圖3、圖4所示。

圖3 改進后盤條中心組織

圖4 改進后夾雜物形貌

4 結語

通過對拉拔脆斷的高強度預應力鋼絲、鋼絞線82B盤條分析，找到盤條中心有網碳組織和馬氏體異常組織，部分盤條內部有大顆粒夾雜物存在是產生拉拔脆斷的原因。針對這一問題，從穩定鋼水過熱度控制入手，避免拉速波動，優化配水工藝，減輕鑄坯的成分偏析引起的網碳和馬氏體；采取各種措施，減少了鋼中大顆粒夾雜物的存在，盤條質量明顯改善，杜絕了 82B盤條拉拔脆斷現象，滿足了下游用戶使用要求。

[1]陳方玉.線材脆性斷裂原因分析.武鋼技術，2005(6)：9-11.

[2]姚瑞鳳，張彩軍.鋼中非金屬夾雜物的碰撞行為研究.河南冶金，2010，18(2)：7-8.

ANALYSIS AND IM PROVEmENT OF DRAW ING BR ITTLE FRACTURE CAUSED IN 82BW IRE ROD

W ang Jiasheng L i Zilin Zhang Jingyi Yang X iaoqi Zhang X iaofeng Shi Chenggang (A nyang Iron＆Steel Group Co.，L td)

Through analyzing and studying 82B w ire rod which showed brittle fracture during d raw ing，it has found themain reasons and taken effectivemeasures，so w ire rod quality has imp roved obviously.

82B w ire rod draw ing b rittle fractu re im p rovingm easure

2010—5—13