加熱溫度對82B盤條筆尖狀斷口及性能影響分析

宋維兆

(新疆八一鋼鐵股份有限公司制造管理部)

1 問題的提出

82B盤條是生產(chǎn)預(yù)應(yīng)力鋼絲及鋼絞線的原料，通常軋制成Φ12.5mm規(guī)格，執(zhí)行GB/T 24238-2017《預(yù)應(yīng)力鋼絲及鋼絞線用熱軋盤條》。根據(jù)GB/T 24238-2017要求，盤條經(jīng)時效后，Φ12.5mm需要達(dá)到抗拉強(qiáng)度1130～1290MPa，斷面收縮率≥25%，盤條網(wǎng)狀滲碳體應(yīng)不大于2級。2020年上半年，用戶反饋采用八鋼生產(chǎn)的Ф12.5mm82B盤條出現(xiàn)拉拔斷裂，斷面呈錐形筆尖狀，主要涉及4個批號20C00930A、20C00929A、19C06502B、19C06499B。為查找問題原因，針對用戶使用過程出現(xiàn)的拉拔斷及軋制生產(chǎn)工藝過程進(jìn)行追蹤。

2 82B拉拔斷端口形貌分析

82B拉拔斷口形貌如圖1，金相組織分析如圖2，主要為心部網(wǎng)狀滲碳體碳，網(wǎng)碳級別3級。

圖1 82B斷口形貌

圖2 心部網(wǎng)碳金相組織

在軋制生產(chǎn)過程中，性能出現(xiàn)波動和異常，1個批號(19C005114A)面縮異常，當(dāng)班最低面縮只有7.63%。兩個批號(19C005102B、19C005103B)強(qiáng)度異常波動，當(dāng)班抗拉強(qiáng)度波動在1142～1216MPa。

3 過程追蹤

3.1 82B產(chǎn)品生產(chǎn)工藝控制

日常生產(chǎn)過程中，82B盤條成分要求(國標(biāo))見表1，生產(chǎn)82B盤條加熱爐爐溫制度見表2，82B軋制過程溫控制見表3。

表1 82B盤條成分(國標(biāo)) %

表2 82B盤條加熱溫度工藝制度 ℃

表3 882B盤條軋制過程溫度控制

加熱爐爐溫控制和出鋼溫度見表2。當(dāng)軋機(jī)停機(jī)時將爐溫控制在900℃以下，并保證爐內(nèi)氣氛為還原氣氛。鋼坯加熱通長溫度差小于30℃。

3.2 82B拉拔斷過程追溯

在日常軋制過程中，控制參數(shù)設(shè)定為：開軋溫度970～1010℃、吐絲溫度865±10℃;出現(xiàn)斷裂軋制批次實際軋制過程的控制參數(shù)：開軋溫度982～994℃、吐絲溫度866～870℃。

對比發(fā)現(xiàn)，軋線工藝過程開軋溫度控制較正常最高控制溫度低外，其他過程參數(shù)在正常控制區(qū)間。

檢查加熱爐加熱環(huán)節(jié)，發(fā)現(xiàn)在加熱批號19C06502B、19C06499B期間，由于熱值不好，待溫20分鐘，加熱爐溫度控制工藝要求：加熱段1150～1190℃、均熱段≤1140℃，加熱爐實際溫度控制：加熱段1120～1150℃、均熱段1120～1050℃。在加熱批號20C00930A、20C00929A，軋制前有60分鐘打捆機(jī)故障停機(jī)，停機(jī)期間加熱段溫度降至1000～1040℃，停機(jī)結(jié)束后于20:10開始升溫軋制。加熱爐實際溫度控制：加熱段1144～1160℃、均熱段1151～1069℃。

3.3 82B性能波動過程追溯

與正常工藝要求進(jìn)行比對，軋制12.5mm/82B，批號19C05099A和19C05109A，性能控制較好，跟蹤生產(chǎn)工藝，當(dāng)天設(shè)備故障停車檢修后，前兩批19C05099A和19C05109A在爐內(nèi)正常進(jìn)鋼，期間溫度控制，加熱段1150～1179℃、均熱段1050～1093℃，吐絲溫度860～880℃，期間無異常停車時間，其性能正常，波動小。其性能情況見表4。

表4 82B性能指標(biāo)

批號為19C05114A面縮異常，最低面縮只有7.63，追蹤生產(chǎn)工藝控制情況。在換成品槽期間停車20分鐘，加熱爐控制為加熱段1160～1177℃、均熱段1007～1072℃、吐絲溫度850～880℃，在爐時間100分鐘較長。批號19C05102B和19C05103B強(qiáng)度異常波動，生產(chǎn)期間加熱段1144～1166℃、均熱段982～1010℃、吐絲溫度850～890℃。此四段均存在均熱段溫度偏低。

4 原因分析

據(jù)資料論述[1]，微合金元素 V 的強(qiáng)化作用除了形成碳氮化物阻止晶粒長大的細(xì)晶強(qiáng)化外，還有冷卻過程中細(xì)小碳氮化物的析出強(qiáng)化作用。為了充分發(fā)揮 V 的析出強(qiáng)化作用，必須保證其在加熱時已充分固溶，為獲得細(xì)小均勻的原奧氏體晶粒，同時考慮到鋼的熱透性以及元素擴(kuò)散的均勻性，應(yīng)控制保溫時間在 60～90 min。

82B 高碳鋼的奧氏體粗化溫度為 950 ℃，其晶粒粗化的主要原因是 950℃ 時V、Ti、Nb 碳氮化物數(shù)量的大大減少，即相粒子釘扎作用的減弱和消除。當(dāng)加熱溫度為1000 ℃，保溫時間為 60～90 min時，82B 奧氏體晶粒尺寸小于 67μm，晶粒細(xì)小均勻，碳氮化物起到了一定的細(xì)晶強(qiáng)化作用，且此時微合金元素 V 充分溶解于奧氏體中，為析出強(qiáng)化作用提供最大前提條件。使0.02%～0.04%的V在鋼中的溶解溫度為927～978℃；使0.06%～0.08%的V在鋼中的溶解溫度為1011～1035℃。對于生產(chǎn)1860～2000MPa鋼絞線82B而言，鋼坯的溫度達(dá)到1050～1100℃，完全能夠使加入的V固溶，但同時使元素擴(kuò)散均勻，還應(yīng)有一定的保溫時間。加熱溫度高低決定82B晶粒度，也決定其軋材組織，從而也決定鋼的性能指標(biāo)。

八鋼82B絞線鋼加熱到1150～1190℃時，保證C、V元素的高溫擴(kuò)散效果，高溫擴(kuò)散效果顯現(xiàn)后，在均熱段進(jìn)行一段時間的降溫保溫，可進(jìn)一步促進(jìn)C、V元素的完全擴(kuò)散，同時使V元素完全溶入奧氏體中，取得較好的顯微組織。鋼坯加熱過程中必須保證在斷面及長度上的溫度有較好的均勻性，可有效避免軋制控軋控冷過程中因組織不均勻而產(chǎn)生網(wǎng)狀滲碳體。

4.1 拉拔斷原因分析

對斷口取樣進(jìn)行金相分析，存在網(wǎng)狀滲碳體。分析認(rèn)為因加熱爐均熱段動梁缺失4m，鋼坯在均熱段擔(dān)空距離過大，極易彎曲，均熱段溫度控制較低。19C06502B、19C06499B兩個批號熱值低待溫20分鐘后升溫不夠，未嚴(yán)格執(zhí)行工藝制度，加熱段1120～1150℃、均熱段1120～1050℃低溫軋制，同時均熱斷溫度偏差大，偏差達(dá)到70℃。20C00930A、20C00929A兩個批號生產(chǎn)期間生產(chǎn)異常停機(jī)造成在高溫段多停留60分鐘，軋制過程加熱段溫度1144～1160℃，較前期加熱爐按照工藝上限1170～1190℃的控制方法，加熱爐鋼溫偏低了6～30℃，均熱段1151～1069℃，溫差達(dá)到81℃。

產(chǎn)生拉拔斷主要原因為，由于設(shè)備功能缺失，生產(chǎn)中為防止燒鋼彎曲，加熱溫度和均熱溫度未嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)范要求，加熱溫度，均熱溫度均偏低，而且均熱段溫度溫差大，鋼坯溫度不均勻所致。

4.2 性能波動原因分析

19C05114A面縮異常，最低面縮只有7.63，加熱爐控制：加熱段1160～1177℃、均熱段1007～1072℃，吐絲溫度850～880℃，在爐時長100分鐘。均熱段溫度偏差達(dá)到65℃，而且其溫度嚴(yán)重偏離標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范值，屬于低溫軋制。19C05102B和19C05103B強(qiáng)度異常波動，加熱段1144～1166℃、均熱段982～1010℃，吐絲溫度850～890℃，此兩批軋制換槽停車25分鐘，但加熱段、均熱段溫度控制較低，均熱段溫度更低，均熱段為982～1010℃，嚴(yán)重偏離標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范值，屬于低溫軋制。

82B出現(xiàn)的性能波動大，面縮低主要原因為停車換槽未嚴(yán)格執(zhí)行溫度控制規(guī)范要求，加熱溫度低，加熱溫度偏差大，造成坯料加熱不均，奧氏體化不均，碳化物不能充分溶解，鑄坯中的疏松等缺陷不能完全消除，造成線材通條性能差。

5 改進(jìn)后效果

溫度優(yōu)化后，跟蹤軋制了10批，82B性能及組織情況見表5。

表5 溫度優(yōu)化后82B盤條性能及組織

根據(jù)過程追溯分析，對82B盤條生產(chǎn)期間溫度進(jìn)行了控制：加熱段1160～1175℃、均熱段1090～1120℃、吐絲溫度860～880℃，期間無異常停車時間，

由表5可見，加熱溫度和均熱溫度嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)范要求，力學(xué)性能正常，當(dāng)班斷面收縮率較好，組織檢測網(wǎng)碳級別較低，符合GB/T 24238-2017網(wǎng)狀滲碳體應(yīng)不大于2級的要求。

6 結(jié)束語

綜合分析認(rèn)為，82B產(chǎn)生拉拔斷主要原因是由于設(shè)備功能缺失，為防止燒鋼彎曲，生產(chǎn)過程中加熱溫度和均熱溫度未嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)范要求，加熱溫度、均熱溫度均偏低；82B性能波動大，面縮低主要原因為停車換槽未嚴(yán)格執(zhí)行溫度控制規(guī)范要求，加熱溫度低，加熱溫度偏差大，出現(xiàn)的兩類質(zhì)量問題是均為坯料加熱不均，奧氏體化不均，碳化物不能充分溶解和元素擴(kuò)散不均勻。

通過控制82B生產(chǎn)期間的加熱溫度和均熱溫度，嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)范要求，產(chǎn)品性能及組織均達(dá)到要求。