分析高碳硬線拉拔脆斷原因及應對措施

摘 要：針對高碳硬線拉拔時容易產生脆斷的問題，選取82B高碳硬線為樣品，對其斷口進行檢驗，確定產生脆斷的主要原因，并提出有效的應對措施。

關鍵詞：高碳硬線；拉拔脆斷

中圖分類號：TG356 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）12-0247-02

在金屬制品行業中，高碳硬線是重要生產原料，在鋼絞線及預應力鋼絲等的生產過程中應用廣泛。但在高碳硬線拉拔實踐中發現，脆斷率明顯升高，嚴重影響后續生產，對此應引起相關人員高度重視。

1 樣品選取和檢驗

1.1 樣品選取

產品跟蹤的同時即可取得樣品，分析82B高碳硬線，其脆裂產生于拉拔時，以第一二道次為最多。對82B高碳硬線而言，其生產工藝包括：①高爐鐵水；②轉爐；③LF鋼包爐精煉；④真空脫氣；⑤連鑄；⑥開坯，按（152×152）mm控制規格；⑦軋制；⑧斯太爾摩線控冷。

1.2 樣品檢驗

1.2.1 斷 口

斷口一般形貌以杯凸狀為主，其中一端呈杯狀，而另外一端則呈凸狀，同時兩個斷口可以整齊對接。此外，斷口處還有縮頸，斷口表面不平整，為灰色纖維，具有較強的立體感，用掃描電鏡可發現若干淺韌窩。斷口的周圍很潔凈，沒有夾雜物。當斷口呈劈裂狀時為異常斷口，沒有縮頸，肉眼無法觀察到變形量，表面光滑且有一定金屬光澤，用掃描電鏡可發現解理斷口[1]。

1.2.2 夾雜物

肉眼觀察斷口處沒有夾雜物。沿縱向剖開后借助金相顯微鏡對夾雜物進行評級分析，結果表面夾雜物以0.5級為主，少數為1級，基本滿足要求。基于此，夾雜物不是造成樣品脆斷的主要因素。

1.2.3 金相組織

對于正常樣品，其組織大多為S+少量F，其晶粒度保持在9～10級范圍內，索氏體化率約85%，均能滿足要求。樣品經試劑腐蝕后進行顯微鏡觀察，可見心部存在馬氏體組織，而其它部位均為索氏體組織，沒有脫碳層及網狀伸碳體。沿縱向剖開樣品進行觀察，可見馬氏體組織為竹節狀。由此可知，樣品受拉拔力后，其馬氏體處在斷裂不連續實際狀態，出現若干孔洞及微小裂縫，和索氏體組織有十分明顯的差別。

1.2.4 表 面

通過仔細觀察得出，斷口周圍存在表面損傷及結疤問題，主要由樣品表面本身存在缺陷或拉拔操作不正規等原因造成。

2 缺陷分析、脆斷原因與應對措施

2.1 缺陷分析

2.1.1 馬氏體組織

當82B高碳硬線處于風冷條件時，理論上是不會出現馬氏體組織的。從常理上講，盤條表面實際冷速比心部高，即便會出現馬氏體組織，也應該在表面出現，而非心部。針對斷口周圍作線掃描能譜分析，結果表面心部Cr與Mn實際含量比邊部高很多。對斷口從外到內進行分層車削，然后使用紅外碳硫儀對內外層碳的含量進行測定，結果表明碳含量差別很小，即無碳偏析[2]。

Cr與Mn為穩定奧氏體重要元素，使奧氏體處在低溫條件，進而發生轉變，形成馬氏體組織，最終違反常理，在心部出現馬氏體組織。心部含有很多Cr與Mn，原因為成分偏析。在連鑄時，冷卻緩慢，且條件有明顯差異，導致枝晶偏析十分嚴重，造成局部Cr與Mn實際含量偏高，在后續軋制時使C曲線具體位置變化，向右側移動，在心部由于Cr與Mn偏析導致馬氏體產生。心部馬氏體組織為硬脆相，在軋制過程中將變成應力集中點，致使拉拔變形時十分容易破碎，形成裂紋源。

2.1.2 表面缺陷

表面缺陷主要包括以下幾種：裂紋、結疤、折疊與斷絲等。其中，裂紋與結疤在拉拔時將變成應力集中點，在結疤位置上存在的硬脆相受拉拔力作用進入基體，產生裂紋及凹坑，伴隨拉拔道次不斷增加，裂紋及凹坑持續擴展，進而造成斷裂。

2.2 脆斷原因與應對措施

2.2.1 煉鋼工藝

從上述分析結果中可知，心部Cr與Mn偏析是造成馬氏體組織產生的首要因素。為確保索氏體化率滿足要求，需加入更多Cr，同時Mn實際含量變化也很大。Cr實際含量在0.32～0.36%范圍內，Mn實際含量在0.75～0.90%范圍內。經試驗，斷口Cr實際含量為0.350～0.358%，Mn實際含量為0.832～0.836%，含量偏于上限。基于此，煉鋼過程中應縮減Cr與Mn的含量控制范圍，同時將Cr降低至0.24～0.28%，Mn含量按0.73～0.82%進行控制，這能抑制Cr與Mn的偏析，從而防止心部馬氏體組織的出現。

2.2.2 軋鋼工藝

軋鋼時，在入爐之前，必須對鑄坯質量進行嚴格把關[3]。現階段很多鋼廠都沒有達到鑄坯無缺陷的理想程度，加之現場普遍缺乏修磨的條件，采用在入爐前人工挑揀廢品的方式，根本無法把關，導致缺陷必然被帶至成品，對用戶的使用造成影響。對此，應加快修磨系統建設進度，盡早處理缺陷，滿足生產的各項要求，從而提高產品質量。

軋制過程中，正確安裝并及時更換軋槽，并對各道次實際變形量進行合理調整，使料型和導衛配備達到合理，削弱或避免刮絲及黏鋼，從而防止表面缺陷的產生。軋制完成，在冷卻時，以線材直徑及環境溫度和實際變化等為依據，對冷卻工藝參數進行調整，確保冷卻速度達到穩定狀態，從而獲得正常組織，防止缺陷產生。

2.2.3 拉拔工藝

選定適宜拉拔角度至關重要。如果角度較過小，則造成模具口嚴重磨損，使鋼絲表面產生裂紋；而角度過大時，在對鋼絲進行拉拔時會產生歪斜，導致表層發熱，使心部產生斷裂。通過和用戶之間的緊密溝通，在實際生產中應將拉拔角度控制在12～14°范圍內[4]。

拔絲中潤滑往往占據主導地位，如果潤滑較差，則會直接擦傷鋼絲，出現明顯的摩擦疤痕。此外，因模具潤滑較差，內壁不光滑或者口處有破損，在盤條通過后會產生線紋，持續拉拔時，在外力作用下，線紋張力增大，達到界限后產生裂紋，甚至劈裂。通過對拉拔工藝過程的動態跟蹤發現，很多廠家都使用相同的拔絲設備，并且提供相同批次的盤條，但因所用潤滑劑各不相同，所以脆斷率也有明顯差別，用好潤滑劑的廠家，在拔絲過程中基本沒有脆斷現象。可見，保證潤滑良好是防止拉拔脆斷關鍵基礎條件。

2.3 改進效果

以上述脆斷原因分析成果與應對措施為依據，尤其是減少Cr實際含量，縮減Mn實際含量控制范圍，并合理采用的多段電磁攪拌等技術，實際生產質量得到明顯提升。實踐表明，所生產的線材沒有不正常的馬氏體組織產生，且Cr與Mn的偏析指數保持在正常范圍內。另外，表面質量也得到明顯改善，得到用戶認可與好評，基本根治了脆斷問題。

3 結 論

根據上述分析結果，可得：

（1）心部產生不正常的馬氏體組織與表面缺陷的存在是引起脆斷現象主要原因。

（2）心部Cr與Mn的偏析是導致馬氏體組織產生主要原因。

（3）冶金質量不合格與拉拔操作不規范是造成表面缺陷的主要原因。

（4）對Mn含量控制范圍進行縮減，并減少Cr，能有效減輕由偏析造成的影響及問題。

（5）必須確保拉板工藝滿足要求，根據實際情況進行工藝改進，以保證產品質量，從本質上避免脆斷的產生。

參考文獻

[1]董 捷，陳 林，呂 剛.小方坯生產SWRH82B高碳硬線研究與實踐[J].包鋼科技，2017，43（02）：35～37+48.

[2]胡 明，翟有有，付紅衛.高碳硬線鋼潔凈度控制及改進[J].甘肅冶金，2017，39（02）：11～13.

[3]桂仲林，張正林，王向紅.高碳硬線鋼小方坯末端電磁攪拌工藝實踐[J].上海金屬，2016，38（03）：48～52.

[4]張 坤，陳 偉.60高碳硬線鋼的生產實踐[J].云南冶金，2014，43（05）：54～59.

收稿日期：2018-3-23

作者簡介：楊 濤（1989-），男，助理工程師，本科，主要從事材料成型及控制工程工作。