82B熱軋盤條拉伸脆性黑斑異常斷口分析

戴寶爽

摘 要 在82B高碳鋼盤條的生產(chǎn)檢測中，對剛剛下線沒有經(jīng)歷自然時效的盤條進行拉伸試驗時經(jīng)常產(chǎn)生脆性黑斑異常斷口，斷口平直，幾乎沒有塑性變形，收縮率偏低。經(jīng)過大量實驗，發(fā)現(xiàn)自然時效或人工時效處理后，斷面收縮率有較大提高，而強度變化不大，從而滿足客戶的使用需求。

關(guān)鍵詞 黑斑；氫偏聚；自然時效；人工時效

前言

82B高碳鋼盤條是采用美國摩根連鑄連軋高速線材生產(chǎn)線生產(chǎn)的，用于拉拔生產(chǎn)鋼絲和鋼絞線。在82B高碳鋼盤條的生產(chǎn)檢測中，對剛剛下線沒有經(jīng)歷自然時效的盤條進行拉伸試驗時經(jīng)常產(chǎn)生脆性黑斑異常斷口，斷口平直，幾乎沒有塑性變形，收縮率偏低。經(jīng)過大量試驗，發(fā)現(xiàn)當82B高碳鋼盤條放置一段時間自然時效，或經(jīng)過低溫人工時效處理后，斷面收縮率有較大提高，而強度變化不大，可用來拉絲生產(chǎn)，大大提高了拉拔質(zhì)量。根據(jù)國內(nèi)外文獻資料報道，盤條在拉拔過程中斷絲與其內(nèi)應力、氫氣、表面缺陷及內(nèi)部缺陷、化學成分偏析和內(nèi)部組織不正常有關(guān)系。本課題針對82B黑斑的變化情況進行研究，提出更加適合客戶的使用方法，提高客戶的滿意度。

1 黑斑異常斷口宏觀形貌

拉伸試驗斷裂后橫向斷口形貌，可見斷裂面平齊直，幾乎沒有塑性變形，斷口中間有一個圓形灰暗區(qū)，簡稱黑斑。將已經(jīng)拉斷的試樣再次拉斷，產(chǎn)生新的斷口，新的斷口仍有黑斑，不過黑斑已經(jīng)不在原來位置，這說明黑斑在試樣的一定長度內(nèi)是連續(xù)貫通的，可能隨著金屬的變形而被拉長。

2 金相高倍檢查結(jié)果

斷裂顯微組織為軋鋼的典型組織，索氏體+少量珠光體。

3 黑斑的掃描電鏡形貌

黑斑中有一個白色斑點，周圍呈現(xiàn)放射狀，是裂紋擴展區(qū)。經(jīng)過X-射線能譜儀分析，裂紋源為一DS類夾雜物。黑斑區(qū)為解理+韌窩混合形貌（見上圖）。

從檢驗結(jié)果可以看出，盤條中夾雜物級別不高，對盤條塑性影響不大。

4 82B力學性能對比

在同一卷鋼卷上截取9支樣品，放置不同時間自然時效，經(jīng)過30天后進行力學性能對比，發(fā)現(xiàn)抗拉強度Rm基本不變，斷面收縮率Z%明顯提高。

高碳鋼盤條在放置自然時效過程中力學性能會發(fā)生一定的變化，這是由于時效在室溫下進行，材料可能發(fā)生以下變化：一是軋制過程中產(chǎn)生內(nèi)應力釋放（高碳鋼盤條通過軋后快冷來獲得索氏體組織，有些盤條因直徑較大而產(chǎn)生了較大的內(nèi)應力，時效使內(nèi)應力得到釋放）；二是材料中氫的重新分布與擴散（高碳鋼在高溫軋制過程中，氫均勻分布于盤條內(nèi)部，軋后快速冷卻到室溫，氫在鋼中過飽和而沒有時間進行擴散。如果存在缺陷的話，則偏聚于缺陷處，造成較大的內(nèi)應力，導致材料發(fā)生一定程度的脆化）。正是氫含量的變化，使內(nèi)應力得到釋放，因而盤條的斷面收縮率均有明顯上升。

5 結(jié)束語

通過以上試驗表明黑斑脆性斷口主要原因是氫的存在。試驗表明，盤條自然時效一天后，由于內(nèi)應力的釋放，溶解在原來存在應力區(qū)域的氫被釋放出來，大部分氫逐漸向體外擴散，表現(xiàn)為時效一天后，氫含量降低速度較快。另一部分則偏聚于缺陷處，造成較大的內(nèi)應力，導致材料發(fā)生一定的脆化，表現(xiàn)為時效進行到第三天時，抗拉強度和斷面收縮率均有一定程度的降低。隨著時間的延長，材料內(nèi)部氫的陷阱逐漸增加，偏聚的部分氫擴散至新的陷阱處，應力集中降低，表現(xiàn)為盤條的力學性能逐漸上升。當擴散達到平衡后，力學性能也就穩(wěn)定下來。可以認為，材料的缺陷周圍聚集較多的氫，則需要經(jīng)過較長時間才能充分擴散。盤條直徑越大擴散出體外的時間越長，即時效時間越長。因此為了保證產(chǎn)品性能的前提下加快產(chǎn)品的周轉(zhuǎn)速度，減少庫存占用資金特制定預防措施①試樣經(jīng)300℃保溫2h時效處理，再進行拉伸試驗，圓形黑斑消失，解理斷口變?yōu)轫g性韌窩斷口，強度沒有多大變化，面縮值明顯提高。②82B高碳鋼盤條生產(chǎn)后自然時效，使軋制過程中產(chǎn)生的內(nèi)應力得以釋放，使材料中的氫得以重新分布與擴散，從而可以防止產(chǎn)生黑斑斷裂。