ER307Si不銹鋼盤條拉拔后鋼絲龜裂原因分析

陳 超

(1. 太原鋼鐵(集團)有限公司 先進不銹鋼材料國家重點實驗室, 太原 030003；2. 山西太鋼不銹鋼股份有限公司 技術中心, 太原 030003)

熱軋盤條拉拔是不銹鋼熱軋盤條深加工的重要工序，是一個冷變形過程，伴隨著劇烈的加工硬化和熱量釋放，最終可得到強度、韌性等指標合格的鋼絲產品[1]。但在實際生產中,經常會出現熱軋盤條在拉拔過程中斷裂的現象[2]。某用戶采購的φ5.5 mm ER307Si不銹鋼熱軋盤條，拉拔至φ2.2 mm并退火，發現拉拔后20%的鋼絲出現表面龜裂的現象。為查明鋼絲出現表面龜裂的原因，筆者對該批ER307Si不銹鋼鋼絲和盤條進行了檢驗和分析。

1 理化檢驗

1.1 宏觀觀查

宏觀觀查開裂鋼絲發現其表面存在間斷性的龜裂，且龜裂形狀不規則，嚴重區域甚至有鋼材碎片脫落[3]，如圖1所示；盤條表面存在不同程度的劃痕，如圖2所示。

圖1 鋼絲表面的宏觀形貌Fig.1 Macro macrography of the steel wire surface

1.2 化學成分分析

對龜裂鋼絲取樣，根據GB/T 20123—2006《鋼鐵 總碳硫含量的測定 高頻感應爐燃燒后紅外吸收法(常規方法)》、GB/T 20124—2006《鋼鐵 氮含量的測定惰性氣體熔融熱導法(常規方法)》和GB/T 223—2008《鋼鐵及合金化學分析方法》，采用 CS600型碳硫分析儀、TC600型氧氮分析儀對試樣進行化學成分分析，結果如表1所示。可見鋼絲的化學成分符合企業技術文件的要求。

圖2 盤條的宏觀形貌Fig.2 Macro morphology of the wire rod

表1 鋼絲的化學成分(質量分數)Tab.1 Chemical compositions of the steel wire (mass fraction) %

1.3 金相檢驗

分別對正常鋼絲、龜裂鋼絲和盤條的橫截面取樣，試樣經鑲嵌、打磨、拋光，采用體積分數為10%的三氯化鐵溶液浸蝕后,用DM4000型光學顯微鏡觀察試樣的顯微組織形貌。由圖3和圖4可見,正常鋼絲和龜裂鋼絲的組織形貌和晶粒尺寸接近，兩者無明顯區別。由圖5可見,盤條的晶粒尺寸比鋼絲的大，未發現明顯析出相和非金屬夾雜物等內在缺陷。

圖3 正常鋼絲的顯微組織Fig.3 Microstructure of the normal steel wire

圖4 龜裂鋼絲的顯微組織Fig.4 Microstructure of the cracked steel wire

1.4 力學性能測試

根據GB/T 228.1—2010《金屬材料 拉伸試驗 第1部分：室溫試驗方法》，分別對正常鋼絲和龜裂鋼絲取樣，試樣尺寸為φ2.2 mm×300 mm，采用WDW-10kN型萬能試驗機進行室溫拉伸試驗，結果如表2所示。可見龜裂鋼絲的抗拉強度比正常鋼絲的低，龜裂鋼絲的斷后伸長率和斷面收縮率比正常鋼絲的高，但整體差距不大。

表2 正常鋼絲、龜裂鋼絲和盤條的拉伸試驗結果Tab.2 Tensile test results of the normal steel wire, the cracked steel wire and the wire rod

從盤條上截取兩段，根據GB/T 228.1—2010制備拉伸試樣，試樣尺寸為φ5.5 mm×300 mm，分別編號為1，2號盤條試樣。采用WE-100B型液壓式萬能試驗機進行室溫拉伸試驗，結果如表2所示，可見1號盤條的抗拉強度比2號盤條的高，1號盤條的斷后伸長率和斷面收縮率比2號盤條的低，但整體差距不大。根據GB/T 4340.1—2009《金屬材料 維氏硬度試驗 第1部分：試驗方法》，采用LM-700ATV型顯微維氏硬度計分別測試1，2號盤條試樣橫截面的圓心處、1/2半徑處以及邊部的維氏硬度，結果如表3所示。可見同一卷盤條維氏硬度分布不均勻，盤條不同部位維氏硬度相差較大。

表3 盤條不同部位的維氏硬度測試結果Tab.3 Vickers hardness test results of different partsof the wire rod HV0.5

2 分析與討論

由上述理化檢驗結果可知，鋼絲的化學成分符合企業技術要求，正常鋼絲和龜裂鋼絲試樣的顯微組織和力學性能沒有明顯差異，由此可知并非拉拔加工工藝不當導致鋼絲龜裂。

盤條內部無明顯析出相及非金屬夾雜物，但是表面存在劃痕，且同一卷盤條整體硬度不均勻，分析認為這是導致盤條拉拔后鋼絲出現龜裂的原因。盤條表面缺陷越多，應力集中源越多，裂紋產生和擴展的越早[4]，隨著拉拔的進行盤條就會發生斷裂。此外，盤條的力學性能不良，拉拔過程中各處塑性變形程度不一致，鋼絲也易出現裂紋。

ER307Si不銹鋼是焊接用不銹鋼基礎牌號，已投放市場十多年，生產工藝穩定、成熟，拉拔出現龜裂問題的是個例。根據實踐經驗分析，ER307Si不銹鋼盤條表面產生劃痕可能有如下原因：

(1) 導衛板加工不良或磨損嚴重，邊緣不圓滑。

(2) 導衛裝置安裝不當，對軋件壓力過大。

(3) 線材運輸線上某些設備有尖棱，線材通過時被劃傷[5]。

ER307Si不銹鋼盤條交貨狀態為固溶+酸洗處理，查詢失效盤條的現場固溶處理記錄發現固溶爐膛的上、下溫差大于50 ℃(工藝技術要求不大于10 ℃)。設備控溫精度不達標且存在違規生產現象，導致盤條固溶效果不佳，盤條整體硬度分布不均。

3 改進措施及效果

綜上采取如下措施防止盤條表面產生劃痕。

(1) 軋線上加大導衛板檢查頻率，發現異常或磨損嚴重時及時更換導衛板。

(2) 軋線上合理安裝導衛裝置，保證軋件平穩通過，避免出現冒火花等情況。

(3) 加大對軋線通道的檢查和清理頻率，避免異物殘留在運輸線上，導致線材通過時產生劃痕。

由于固溶爐膛上、下溫差較大，組織現場機械、電氣人員對固溶爐底部增加測溫熱電耦，參與固溶階段控制，即只有底部溫度達到工藝要求時，才由升溫段進入保溫段，減少爐膛上、下溫差，提高爐內溫度的均勻性。對現場生產操作人員進行培訓，加強操作人員的質量意識，嚴格按照工藝執行[6]，杜絕違規生產。

通過加強盤條軋制過程中的管控并提高固溶爐的控溫精度后，新生產一批規格為φ5.5 mm ER307Si不銹鋼盤條，該盤條表面無肉眼可見劃痕、裂紋等缺陷。從新生產的盤條上截取兩段，根據GB/T 228.1—2010制備拉伸試樣，試樣尺寸為φ5.5 mm×300 mm，分別編號為3，4號盤條試樣。采用WE-100B型液壓式萬能試驗機分別對試樣進行室溫拉伸試驗，結果如表4所示，可見新生產兩卷盤條的拉伸性能比較接近。采用LM-700ATV型顯微維氏硬度計分別測試3，4號盤條試樣橫截面的圓心處、1/2半徑處以及邊部的維氏硬度，結果如表5所示。可見3，4號盤條試樣整體硬度分布均勻。經過調查可知，在拉拔加工過程中，新生產的盤條未出現龜裂的現象。

表4 新生產盤條的拉伸試驗結果Tab.4 Tensile test results of the newly produced wire rod

表5 新生產盤條不同部位的維氏硬度測試結果Tab.5 Vickers hardness test results of different parts ofthe newly produced wire rod HV0.5

4 結論及建議

ER307Si不銹鋼盤條在固溶處理過程中，固溶爐控溫精度不達標，導致盤條固溶效果不佳，盤條整

體硬度分布不均勻；而軋線導衛板使用不當導致盤條出現劃痕。ER307Si不銹鋼盤條表面劃痕及硬度分布不均，是造成其拉拔后鋼絲龜裂的主要原因。

建議強化所有生產設備、備品和備件的功能精度管控，減少表面劃痕等缺陷的產生；盤條檢驗合格后要及時包裝標識，避免表面被污染，操作人員在搬運、裝卸、吊運等運輸過程中要輕裝輕放，避免損壞包裝及盤條表面；對于質量要求較高的鋼絲，可用剝皮機去除盤條的表面劃傷等缺陷；加強現場工藝執行管理，避免工藝要求執行不到位而導致盤條力學性能不良。