45#硬線拉拔斷裂分析

45#硬線拉拔斷裂分析

0硬線拉拔斷裂的影響前線材料是指以線條為原料的深度產(chǎn)品。廣泛應(yīng)用于煤礦、冶金、機(jī)械、建筑、石油、鐵路、航空等領(lǐng)域。這種類型有很多。拉拔是線材制品生產(chǎn)中最重要的工序之一。盤條拉拔過程中常發(fā)生斷條現(xiàn)象,不僅影響了拉絲生產(chǎn)效率,增加了生產(chǎn)成本和降低了經(jīng)濟(jì)效益,更重要的是降低了鋼絲質(zhì)量,因此要求盤條應(yīng)具有良好的拉拔性能。影響硬線拉拔斷裂的原因有多種,本文針對45#硬線鋼在拉拔時(shí)發(fā)生斷裂的原因進(jìn)行研究,提出了改善其拉拔性能的措施。145#硬線鋼生產(chǎn)工藝及試驗(yàn)方法1.1硬線冷拉拔工藝45#硬線生產(chǎn)工藝流程:鐵水脫硫→轉(zhuǎn)爐冶煉→LF精煉→連鑄方坯(150mm×150mm)→步進(jìn)式加熱爐加熱→高壓水除鱗→30架軋機(jī)連軋→吐絲→斯太爾摩冷卻→集卷→PF運(yùn)輸線→檢驗(yàn)→成品入庫,其中線材軋制規(guī)格為Φ6.5mm。45#硬線通常作為金屬制品行業(yè)深加工原料,用戶采用冷拔變形方法,利用鋼的加工硬化特點(diǎn)來獲得高強(qiáng)度的鋼絲及其制品。45#硬線冷拉拔工藝:Φ6.5mm→Φ6.1mm→Φ5.7mm→Φ5.1mm→Φ4.6mm→Φ4.1mm→Φ3.8mm。盤條拉拔到Φ4.6mm時(shí)容易發(fā)生斷裂。1.2斷裂方向上,盤條拉拔斷口為斜劈狀斷口,線材經(jīng)過49.9%減面率變形后出現(xiàn)拉斷,斷裂方向呈約45°角,從邊部向中心延伸。發(fā)生斷裂盤條直徑一端為4.6mm,一端為5.1mm,斷口附近盤條表面一側(cè)分布著多條橫向裂紋,與盤條縱向成一定角度,裂紋形狀不規(guī)則,如圖1所示。1.3金相組織、組織、酸相組織、酸相組織、摻雜物、表面酸質(zhì)檢驗(yàn)在拉拔斷裂盤條同卷未拉拔部分取樣,進(jìn)行成分、氣體含量、金相組織、夾雜物、表面酸洗檢驗(yàn)。用金相顯微鏡和掃描電鏡對拉拔斷口及盤條表面橫裂紋進(jìn)行觀察分析。2樣本分析2.1原盤條加工后的晶粒尺寸(1)盤條成分及氣體檢驗(yàn)表1為45#硬線鋼盤條成分及氣體含量。盤條成分均符合GB/T699要求,鋼中有害元素硫、磷含量及氮、氫含量均較低,氧含量較高。(2)盤條組織檢驗(yàn)體,網(wǎng)狀鐵素體含量較多;珠光體團(tuán)晶粒尺寸不均勻,大的晶粒尺寸在60μm以上,部分晶粒大于100μm,較小晶粒尺寸小于30μm,晶粒尺寸差異很大。由圖2可見,45#盤條組織為珠光體+網(wǎng)狀鐵素(3)夾雜物檢驗(yàn)用線切割將原盤條垂直于橫截面方向剖開,制成金相試樣。經(jīng)過磨制、拋光處理,在光學(xué)顯微鏡100倍下觀察,發(fā)現(xiàn)鋼中存在大量夾雜物。按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T10561規(guī)定評級,B類夾雜物為1.5級,C類夾雜物為3.0級,見圖3。(4)盤條表面酸洗檢驗(yàn)將盤條放在溫度為80℃的50%鹽酸溶液中浸泡30min后取出,用電吹風(fēng)吹干盤條表面酸液,未發(fā)現(xiàn)盤條表面有劃傷、折疊、裂紋等表面缺陷。2.2缺陷物能譜分析用線切割沿垂直裂紋方向?qū)⒈P條切開,制成金相試樣。在金相顯微鏡下觀察裂紋在盤條中的方向與形貌,如圖4所示。由圖4可見,裂紋從表面裂開,向內(nèi)部擴(kuò)展,根部尖銳,裂紋附近存在多處鏈狀?yuàn)A雜物,夾雜物尺寸超過0.1mm。對夾雜物用能譜進(jìn)行成分分析,夾雜物成分為Ca、Al、Si及少量的Na、Mg元素,如圖5所示。用4%硝酸酒精溶液浸蝕試樣,觀察金相組織,裂紋兩側(cè)沒有脫碳,排除了鑄坯裂紋的可能性。結(jié)合原盤條及拉拔斷口檢驗(yàn),盤條表面裂紋形成于拉拔過程中。3分析與討論3.1表面改性的抗拔力試樣分析結(jié)果表明,原盤條的非金屬夾雜物含量高,尤其是脆性夾雜物B(氧化鋁)類和C(硅酸鹽)類夾雜物級別較高,同時(shí)盤條中含有少量卷渣(Na、Mg為爐渣元素)。集中在盤條近表面的夾雜物對拉拔工藝的危害很大,由于非金屬夾雜物同基體金屬的彈性、塑性有相當(dāng)大的差別,所以在拉拔變形時(shí)夾雜物不能發(fā)生相應(yīng)的變形,這樣在它的周圍就產(chǎn)生越來越大的應(yīng)力,使夾雜物和基體的界面產(chǎn)生微裂紋;隨著變形的不斷進(jìn)行,微裂紋不斷發(fā)展成空洞,破壞了基體的連續(xù)性,造成應(yīng)力集中。一旦局部應(yīng)力超過盤條表面強(qiáng)度盤條就會(huì)出現(xiàn)裂紋,在進(jìn)一步拉拔時(shí)裂紋繼續(xù)受力、擴(kuò)大,直至斷裂盤條組織中大量網(wǎng)狀鐵素體存在會(huì)降低其強(qiáng)度,不同尺寸晶粒在拉拔過程中不能協(xié)同變形,易在局部產(chǎn)生應(yīng)力集中,增加材料內(nèi)部產(chǎn)生微裂紋機(jī)率,微裂紋產(chǎn)生后繼續(xù)擴(kuò)展而引起盤條拉拔斷裂。3.2檢查病物的種類和級別為了提高45#硬線鋼拉拔性能,需要改善夾雜物的種類和級別,盡可能消除B類、C類夾雜物;改善盤條組織,細(xì)化珠光體團(tuán),消除或減少網(wǎng)狀鐵素體。3.2.1拉拔斷裂45#硬線盤條加工工藝的改進(jìn)措施中高碳鋼盤條中非金屬夾雜物按其形成原因可以分為2大類:外來夾雜物和內(nèi)生夾雜物。外來夾雜物來源主要有2個(gè)途徑:在冶煉出鋼及澆鑄過程中,卷入的爐渣及耐火材料等;與煉鋼原材料同時(shí)進(jìn)入爐中的非金屬夾雜物。內(nèi)生夾雜物來源主要有以下幾個(gè)途徑:轉(zhuǎn)爐冶煉后吹;中間包材質(zhì)的影響;脫氧劑、合金添加劑與鋼中元素化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)物,在鋼凝固前未浮出而殘留在鋼中從盤條夾雜物成分分析結(jié)果可知,拉拔斷裂45#硬線盤條中既有內(nèi)生的B類、C類內(nèi)生夾雜物,也有爐渣卷入的外來夾雜物。為了減少鋼中夾雜物,對冶煉工藝從以下方面改進(jìn):(1)提高轉(zhuǎn)爐高拉碳率,降低終點(diǎn)鋼水氧含量,盡量減輕后吹程度。從理論和實(shí)踐的角度看,終點(diǎn)碳含量或鋼水的氧位是決定一次夾雜物數(shù)量的主要因素,因而減輕后吹程度對鋼的潔凈度和減少夾雜物是最有效的措施,要求冶煉終點(diǎn)[C]控制在0.37%~0.42%范圍。(2)出鋼時(shí)采用雙擋渣操作,抑制或消除出鋼過程下渣,如有下渣,在精煉前進(jìn)行扒渣處理。(3)采用低鋁硅鐵、硅鋇鈣脫氧,而不能用鋁或含鋁較高的合金進(jìn)行脫氧,以防止鋼中形成高熔點(diǎn)的Al(4)優(yōu)化LF爐精煉過程中的造渣工藝,鋼水進(jìn)站化渣。根據(jù)渣況加白灰、石英砂、碳化硅等渣料造白渣,白渣時(shí)間大于20min,待成分、溫度合格后,喂硅鈣線處理,喂線后凈吹時(shí)間大于15min,凈吹時(shí)嚴(yán)禁裸露鋼液面。(5)鋼坯連鑄時(shí),大包至中間包采用長水口保護(hù)澆鑄,并增加氬封保護(hù),中間包至結(jié)晶器采用整體水口,減少二次氧化及鋼液吸氮。中間包鋼水重量不低于20t,并保持液面穩(wěn)定,防止液面波動(dòng)卷渣或下渣。3.2.2盤條控軋控冷工藝的調(diào)整盤條金相組織主要由化學(xué)成分和控軋控冷工藝決定。在拉拔斷裂處取樣檢驗(yàn),未發(fā)現(xiàn)成分異常,因此對盤條的控軋控冷工藝進(jìn)行調(diào)整,將盤條精軋溫度降到900~920℃,吐絲溫度840~860℃,充分細(xì)化相變前奧氏體晶粒;增加風(fēng)機(jī)風(fēng)量,使盤條軋后快速冷卻到索氏體轉(zhuǎn)變溫度范圍,同時(shí)通過佳靈裝置調(diào)整風(fēng)機(jī)開口度,使盤條冷卻更加均勻,從而改善盤條的金相組織。3.3金相組織的消失工藝改進(jìn)后,對45#硬線盤條試樣進(jìn)行檢驗(yàn):鋼中氧含量降到8~15ppm,氮含量降到24~35ppm;B類、C類夾雜物消失,A類夾雜物為0.5~1.5級,D類夾雜物為0.5~1.0級;金相組織為珠光體+索氏體+少量鐵素體組織,全網(wǎng)狀鐵素體消失,珠光體團(tuán)尺寸均勻,晶粒度達(dá)到7.0~8.0級。盤條拉拔到Φ3.8mm斷絲率不足1.5%。4金盤條拉拔斷裂率低45#硬