鋼絲斷裂原因分析

1、一、夾雜物引起斷裂線材中非金屬夾雜物的存在，破壞了組織的連續(xù)性，起到了一個 顯微裂紋的作用。當受到外力作用時，在夾雜物的頂端首先產(chǎn)生附加 的應力集中。尤其在原奧氏體晶粒交界處出現(xiàn)的大塊狀、 條狀或片狀 碳化物，這些異常碳化物在材料冷變形時，嚴重地阻塞了位錯的移動， 致使該處產(chǎn)生應力集中。當應力集中達到一定大小時便會使碳化物開 裂，或在碳化物與基體交界處產(chǎn)生裂紋。當裂紋達到失穩(wěn)狀態(tài)尺寸， 地瞬時產(chǎn)生斷裂。非金屬夾雜物的多少是衡量簾線鋼質量高低的一個重要因素。在 用SEM寸斷口進行分析的過程中，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)非金屬夾雜物。在典型的 杯錐狀斷口上有時候就能發(fā)現(xiàn)夾雜物，SEM表明大多為三氧化二鋁夾 雜或其它

2、高熔點脆性夾雜物。其避免主要是通過精煉，使夾雜物變?yōu)?塑性低熔點夾雜物。脆性夾雜物是引起鋼絲斷裂的重要原因之一，而夾雜物引起斷裂 分為以下幾種形勢：1、夾雜物與鋼基體之間界面脫開拉伸過程中，在夾雜物周圍的局部加劇了應力集中；裂紋優(yōu)先在 與拉應力垂直的夾雜物與基體的界面產(chǎn)生并沿著夾雜物與鋼基體界 面擴展，致使夾雜物與基體界面脫開。2、夾雜物本身開裂由于脆性較矮雜物本身具有缺陷，在拉伸過程中，在缺陷處產(chǎn)生嚴重的應力集中，由于局部應力升高而導致夾雜物本身開裂。；3、混合開裂鋼中非金屬夾雜物的形狀、分布是沒有規(guī)律的，因此夾雜物在鋼 中引起裂紋也是隨機性的，取決于夾雜物的性質、尺寸、形狀及分布， 對于同

3、類型的夾雜物，由于形狀、分布和受力方向不同，往往產(chǎn)生斷 裂的情況也不盡相同，有時兩種斷裂方式同時存在，有時兩種斷裂方 式交替進行。4、沿兩種不同類型夾雜物的相界開裂鋼中經(jīng)常出現(xiàn)幾種夾雜物相共生在一起的復合夾雜物，由于各類 夾雜物之間的力學性能和物理性質不同， 相界結合力較弱，在拉應力 作用下容易從相界開裂。二、偏析引起的鋼絲斷裂在一定程度上，中心偏析對鋼絲拉斷的危害必脆性夾雜物。因為 偏析在更大程度上影響了鋼絲的延伸性， 從而使塑性變形不能在存在 偏析的地方產(chǎn)生。在鋼絲最初的拉拔過程中偏析導致小的裂紋的出現(xiàn)， 等進入了最終拉拔時就導致了人字形斷口 (chevro ncracks)在連鑄過程中減

4、少中心偏析的途徑有以下幾個：1、中心偏析隨著中包過熱度的降低而降低，因此中包的鋼液溫 度應該盡可能的低；2、在結晶器和二冷安裝電磁攪拌。結晶器的電磁攪拌能夠減少 中心偏析的程度和范圍。電磁攪拌同樣可改善V形偏在鑄坯中心的存在；3、盡可能的降低拉速，能夠減輕中心偏析程度。三、馬氏體組織造成拉拔脆斷硬線屬高碳鋼，控制冷卻時，若冷卻時間太短，對鋼材不起作用； 若冷卻時間太長，就容易引起脆斷。在斯太爾摩控制冷卻上，穿水冷 卻是奧氏體急速過冷階段。它的目的是控制具有高形變能壓扁的奧氏 體晶粒長大和保留加工硬化的效果，為吐絲溫度和后部風冷段控制做 準備。軋制硬線錯誤的指導思想是，企圖使線材表面淬成馬氏體，

5、然 后通過心部自回火方式形成回火馬氏體。 如果這樣，在高速的軋制下 線材表面得不到充分自回火，難免出現(xiàn)馬氏體殘余。因為線材直徑只 有5.5mm最大也只有9mm它的斷面小，形變潛能也小，所以冷卻 不能過急，宜控制在0.30.6s，使線材表面溫度始終在 Ms以上（高 于400C），以防止表面淬成馬氏體。硬線的散卷風冷相當于“等溫” 處理階段，它的目的是控制鋼中以索氏體為主的組織， 以利于提高拉 拔性能。要求組織中鐵素體可能少且以塊狀均勻分布， 而非網(wǎng)狀析出， 因而也應采用快速冷卻方式。但若冷卻速度過快，也會產(chǎn)生貝氏體或 馬氏體組織。尤其對于有合金元素偏析的鑄坯，冷卻速度達25 C /s就容易產(chǎn)生馬

6、氏體。因此，冷卻速度宜為 615C/s，使奧氏體分解 轉變在接近CCT曲線的鼻尖進行。對大直徑線材，可選擇高的初始冷卻速度，因為直徑增大，隨體積增加的熱焓量比表面所失去的熱量要 大，有促使先共析鐵素體增加，珠光體組織長大之趨勢。高碳馬氏體 既硬又脆，沖擊吸收功很低，斷后伸長率和斷面收縮率幾乎為零。同 時，馬氏體的比容比奧氏體大，當奧氏體轉變?yōu)轳R氏體時鋼的體積增 大。由于馬氏體轉變的不均勻性，這種體積變化將引起很大的內(nèi)應力， 使鋼發(fā)生變形，成為裂紋的根源。這樣，在拉拔力或其它外力的作用 下，易引起應力集中而使硬線脆斷。四、嚴重脫碳層造成拉拔脆斷線材的脫碳層直接影響著硬線的拉拔，對高碳硬線來說，嚴

7、重的 脫碳層好像一個缺口，不但承受面積小，應力增大，而且由于突然縮 頸，容易引起應力集中導致拉絲脆斷。 通過脫碳層深度超標而使硬線 脆斷的試樣斷口觀察和試樣金相分析，發(fā)現(xiàn)有裂紋和組織兩個重要特 征。第一，硬線表面均存在白色長條，其中平行地分布著橫裂紋，有 的橫裂紋已深入基體。因此，硬線的斷線是由于它表層長條區(qū)內(nèi)的橫 裂紋擴展而引起的。白色長條區(qū)是全脫碳形成的鐵素體組織， 它是組 織中的薄弱環(huán)節(jié)。第二，硬線組織不是所要求的以索氏體為主的組織， 而是網(wǎng)狀鐵素體和粗片狀珠光體。網(wǎng)狀鐵素體的存在會導致抗拉強度 下降，拉拔時承受變形能力差；粗片狀珠光體的存在也會導致硬線塑 韌性及拉拔能力的降低。這兩種組

8、織是由于加熱溫度過高、 加熱時間 過長，鋼的相變溫度偏高，過冷度小而析出的，是脫碳的前沿產(chǎn)物。 此外，硬線隨拉拔變形程度的加大，加工硬化程度也增大，網(wǎng)狀鐵素. 體和粗片珠光體的存在又增加硬線的脆性。當硬線拉拔時，由于脫碳層產(chǎn)生橫裂紋，而鄰近網(wǎng)狀鐵素體和粗片狀珠光體又不能有效地阻止 裂紋的擴展，且受到拉拔、收盤的扭絞力共同作用，部分硬線即刻脆 斷。因此，鑄坯加熱溫度愈高，加熱時間愈長，爐內(nèi)漏氣或其他不正 常因素愈多，脫碳會愈嚴重，從部分脫碳到全脫碳，使鋼失去更多的 碳。為了防止脫碳，應嚴格執(zhí)行規(guī)章制度，對不同鋼號和規(guī)格鋼坯莖 時調整加熱溫度，提高工作的責任感。從控制脫碳優(yōu)化氧化鐵皮的角 度考慮，

9、爐內(nèi)應保持一定氧化氣氛，可形成薄的氧化鐵皮，阻止鋼坯 表面繼續(xù)脫碳。在預熱段應緩慢加熱（至850C, 2h），并有合適的保 溫。鋼坯在850C1050C時，由于脫碳有向拋物線頂點發(fā)展的趨勢， 應嚴格控制加熱時間不超過30min,并要盡理縮短均熱段保溫時間。五、其它非冶金原因關于鋼絲拉拔時的斷絲，1984年ZeevZimerman和RoverJ.Henry 對此作了探討。他們對鋼簾線用鋼絲在水箱拉絲機上拉拔時斷口用SEM進行分析，觀察到拉拔斷口大部分成杯錐狀。并指出，鋼絲拉拔 時，表面層金屬比心部金屬變形大，這引起表面層金屬沿長度方向受 壓應力而中心部分受拉應力，當此拉應力過大時致使在中心部位產(chǎn)

10、生 中心破裂，即形成V型裂紋或人字形裂紋。并認為這種V型裂紋是拉 拔斷絲成為大量杯錐狀斷口的原因。雖然 ZeevZimerman和RovertJ. Herry對此研究得很詳細，但是未能考慮后面工序中的捻制斷絲問題， 未能指出兩種杯錐狀斷口的內(nèi)在聯(lián)系。1981年，EddyG.Demeyere在 研究高低碳鋼的夾雜物對鋼絲拉拔時的可加工性能和機械性能的影 響時，曾指出，在鋼絲拉拔到 0.25mm過程中，很少或根本沒有發(fā)現(xiàn)由于夾雜物引起的斷絲更令人驚奇的是，即使50 am大的零星存在的夾雜物也未能造成拉拔斷絲，而主要是由于表面缺陷或過在造成的 斷絲。他說，這種情況與簾線捻制時不同，由于在捻制時鋼絲受到