畢業(yè)設(shè)計(jì)說明文

1引言人類文明的發(fā)展與新材料的開發(fā)運(yùn)用親密有關(guān)，鐵制工具的出現(xiàn)和廣泛使用標(biāo)志著人類文明進(jìn)入了一種嶄新的時(shí)期。時(shí)至今日，鋼鐵仍然是人類運(yùn)用最廣泛的材料[1~4]。鋼絲制品是鋼鐵行業(yè)的重要產(chǎn)品之一，現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的條件下，鋼絲拉拔技術(shù)迅速發(fā)展，鋼絲制品強(qiáng)度越來越高，并且生產(chǎn)效率也日益升高，而增大拉絲變形應(yīng)變量和加緊拉絲速度是提高產(chǎn)品強(qiáng)度和生產(chǎn)效率的最有效的措施。1．1世界線材生產(chǎn)消費(fèi)的現(xiàn)實(shí)狀況全世界線材產(chǎn)量1988年為5063萬t，為7860萬t，平均每年增長(zhǎng)4.6％，已到達(dá)10106萬t，其中80％以上是高速線材軋機(jī)生產(chǎn)，平均年增長(zhǎng)6.6％，約占鋼產(chǎn)量10％；年產(chǎn)量2OO萬t以上國(guó)家(或地區(qū))有11個(gè)，年產(chǎn)量300萬t以上國(guó)家(或地區(qū))有4個(gè)[13~14]。這4個(gè)國(guó)家的產(chǎn)量及所占比例分別為：中國(guó)4032萬t，占39.9％；日本692萬t，占6.8％；德國(guó)600萬t，占5.9％；意大利398萬t，占3.9％。世界線材生產(chǎn)消費(fèi)基本平衡，但各國(guó)的生產(chǎn)和消費(fèi)并不平衡。其中，中國(guó)是線材的最大生產(chǎn)國(guó)，同步也是最大的線材消費(fèi)國(guó)，消費(fèi)線材2650萬t，占總消費(fèi)量的33.8％；美國(guó)線材消費(fèi)量735萬t，位居世界第二，占9.4％；日本線材消費(fèi)量604.5萬t，位居世界第三，占7.7％；德國(guó)線材消費(fèi)量595.7萬t，位居第四，占7.6％；意大利線材消費(fèi)量432萬t，位居第五，占5.5％。1．2鋼絲制品行業(yè)的現(xiàn)實(shí)狀況及發(fā)展世界金屬制品目前年產(chǎn)量約為2480萬t。其中鋼絲約為2250萬t。中國(guó)、日本、德國(guó)、韓國(guó)、墨西哥、巴西等為重要生產(chǎn)國(guó)。鋼絲的生產(chǎn)措施重要是冷拉拔。拉絲速度的快慢是鋼絲生產(chǎn)技術(shù)水平的一種重要指標(biāo)，也是鋼絲生產(chǎn)中各工序主體裝備水平先進(jìn)與否的一種綜合反應(yīng)指標(biāo)。1.2.1鋼絲制品行業(yè)的現(xiàn)實(shí)狀況高性能的鋼絲繩不僅規(guī)定足夠的強(qiáng)度(≥MPa)，還規(guī)定良好的抗疲勞性能和高的成材率。研究表明，鋼絲繩能否實(shí)現(xiàn)高性能化重要取決于其微觀構(gòu)造，而微觀構(gòu)造受控于原材料成分、拉拔和熱處理工藝。目前，國(guó)內(nèi)外廠家大都采用0.62～0.82%的高碳鋼作為高性能鋼絲繩生產(chǎn)的原料[15~17]。老式理論認(rèn)為，細(xì)小均勻的索氏體組織（雙相組織）具有良好的冷加工性能和機(jī)械性能，是鋼絲拉拔的最佳組織，而要獲得單一的索氏體組織就只能選擇共析鋼或靠近共析成分的鋼材。1.2.2鋼絲制品行業(yè)的發(fā)展方向10月，“從盤條到絲材及絲制品”國(guó)際會(huì)議在意大利Stresa召開[18]。會(huì)議中簡(jiǎn)介了歐洲盤條和高強(qiáng)度鋼絲研究現(xiàn)實(shí)狀況。歐洲高強(qiáng)度盤條、冷拔鋼絲及有關(guān)工藝的研究重要目的和方向在于：(1)在保持高強(qiáng)度水平的前提下，通過微觀組織設(shè)計(jì)與控制改善冷拔性能及韌性，同步還減少能耗和環(huán)境污染；(2)研發(fā)新技術(shù)和改善已經(jīng)有技術(shù)。以便經(jīng)濟(jì)、清潔和安全地生產(chǎn)高使用性能的鋼鐵產(chǎn)品。合用且顧客滿意、長(zhǎng)服役壽命并易于回收及再循環(huán)使用。中國(guó)雖然是世界上線材生產(chǎn)與消費(fèi)第一大國(guó)，但還不能稱得上是線材強(qiáng)國(guó)。中國(guó)的線材生產(chǎn)技術(shù)和歐洲相比尚有一定的差距。中國(guó)線材發(fā)展(1)要深入提高高速線材比例，重點(diǎn)發(fā)展國(guó)產(chǎn)高速線材軋機(jī)，提高線材軋機(jī)的國(guó)產(chǎn)化水平，增強(qiáng)超強(qiáng)度、超細(xì)晶粒鋼的研發(fā)能力。(2)提高品種質(zhì)量，調(diào)整品種構(gòu)造，發(fā)展高碳鋼、低合金高強(qiáng)度鋼、特殊鋼、不銹鋼、鋼簾線鋼等優(yōu)質(zhì)線材，高附加值高檔線材比應(yīng)不小于50％，減少高端產(chǎn)品的進(jìn)口。(3)在煉鋼方面采用二次精煉技術(shù)，冶煉超純凈鋼；采用大方坯連鑄與輕壓下技術(shù)，配置電磁攪拌，氣體保護(hù)澆鑄；同步要開發(fā)異型斷面線材等。1．3鋼絲的概述和生產(chǎn)工藝1.3.1鋼絲的概述鋼絲拉拔技術(shù)歷史悠久，早在公元前就發(fā)明了該項(xiàng)技術(shù)。根據(jù)考古發(fā)現(xiàn)，遠(yuǎn)在前我國(guó)就采用了錘鍛措施制造金屬絲的生產(chǎn)技術(shù)，是世界上最早進(jìn)行金屬絲生產(chǎn)的國(guó)家之一[19]。如今，在歐洲的某些博物館中，仍能見到15世紀(jì)以來有關(guān)拉絲模、拉絲作業(yè)場(chǎng)面的彩色圖片。鋼絲繩的發(fā)展經(jīng)歷了由低碳鋼絲制成的簡(jiǎn)樸構(gòu)造鋼絲繩，到索氏體化處理后的中碳鋼絲以及如今的高碳鋼絲捻制鋼絲繩。鋼絲產(chǎn)品的應(yīng)用非常廣泛，波及到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門[5~12]。鋼絲生產(chǎn)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)體系中不可缺乏的重要構(gòu)成部分。大生產(chǎn)的鋼種中，強(qiáng)度最高的鋼鐵材料是高碳珠光體鋼經(jīng)拉拔加工得以強(qiáng)化的高碳鋼絲。高碳鋼絲被廣泛應(yīng)用于輪胎增強(qiáng)用鋼簾線、橋梁用鍍鋅鋼絲、預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲等，在工業(yè)中也占據(jù)著重要地位。1.3.2冷拉鋼絲的特點(diǎn)冷拉鋼絲與熱軋鋼材相比，具有如下特點(diǎn)[20]:⑴冷拉鋼絲產(chǎn)品的斷面幾何形狀規(guī)則、尺寸偏差小、表面光滑、光潔度高，可不再經(jīng)任何加工而直接供其他工業(yè)部門使用。⑵冷拉鋼絲加工性能好，通過一系列的冷拉加工，可以將直徑拉成很小，近代技術(shù)水平己能冷拉成最細(xì)可達(dá)Φ0.01mm的合金鋼絲和Φ0.001mm的優(yōu)質(zhì)碳素鋼絲。而熱軋線材目前最小斷面尺寸是Φ5.0mm。⑶冷拉鋼絲因加工硬化而獲得較高的抗拉強(qiáng)度及韌性。⑷冷拉鋼絲產(chǎn)品具有良好的彈性及塑性。1.3.3鋼絲繩生產(chǎn)工藝流程[21~26]生產(chǎn)鋼絲的原料是Φ6.5-13mm的熱軋盤條。其生產(chǎn)工藝如圖1所示。熱軋盤條經(jīng)力學(xué)性能，化學(xué)成分等基本檢查合格后投入生產(chǎn)；冷拉拔前需要進(jìn)行清除熱軋盤條表面的氧化皮、酸洗除銹、涂潤(rùn)滑層等預(yù)處理；由于鋼絲拉拔是一種冷變形過程，伴伴隨劇烈的加工硬化，難以一次拉拔至成品尺寸，因此以兩次中間熱處理為標(biāo)志將拉拔變形分為大、中、細(xì)拉三個(gè)階段；大、中拉間的正火處理的目的是消除拉拔過程中所導(dǎo)致的冷加工硬化，恢復(fù)鋼絲塑性，以便進(jìn)行深入的冷拉拔；而細(xì)拉前進(jìn)行的中間熱處理不僅可以消除拉拔過程中所導(dǎo)致的加工硬化，其重要目的是為了生產(chǎn)出具有良好綜合機(jī)械性能的成品鋼絲。一般都采用鉛浴淬火工藝，以獲得可拉拔性最佳的索氏體組織；根據(jù)鋼絲制品不一樣的使用環(huán)境，細(xì)拉前需進(jìn)行鍍鋅、鍍銅或磷化等處理；根據(jù)所生產(chǎn)的鋼絲繩構(gòu)造將成品鋼絲進(jìn)行捻股成繩。原料原料大拉機(jī)械去皮、酸洗潤(rùn)滑涂層中拉中間熱處理（鉛浴淬火）鍍鋅/銅/磷化細(xì)拉捻股成繩中間熱處理（正火）圖1.鋼絲繩生產(chǎn)工藝路線示意圖1.3.4鋼絲拉拔預(yù)處理無論是熱軋線材或經(jīng)熱處理后的半成品鋼絲，其表面均有一層硬而脆的氧化皮層。這些氧化鐵皮首先使后步工序潤(rùn)滑層不能牢固地和鋼材基體結(jié)合，另首先在拉拔時(shí)，由于氧化鐵皮硬度很高，塑性較差，會(huì)刮傷模具和鋼絲表面，再則氧化鐵皮夾在模壁與鋼絲之間，不僅會(huì)增大其間的摩擦，增大了摩擦力，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起斷絲；并且有時(shí)氧化鐵皮也許被壓入鋼絲基體之中，導(dǎo)致鍍保護(hù)層時(shí)形成“翹皮”等缺陷。因此，必須在鋼絲拉拔前清除這些氧化鐵皮層。清除的措施，按其性質(zhì)有機(jī)械法和化學(xué)法兩種。目前在國(guó)內(nèi)大量采用的措施還是化學(xué)酸洗法，機(jī)械法只是在低碳鋼線材和中、高碳鋼線材的預(yù)處理上得到應(yīng)用[27]。由于拉拔是在夾具所施拉力作用下迫使金屬通過?？锥冃?變形區(qū)內(nèi)金屬承受著徑向和周向?yàn)閴簯?yīng)力、縱向?yàn)槔瓚?yīng)力的“兩壓一拉”應(yīng)力狀態(tài)[28]。當(dāng)制品在?？壮隹跀嗝嫔侠鞈?yīng)力數(shù)值超過材料的強(qiáng)度極限時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)拉斷現(xiàn)象。此外，在拉拔過程中，由于變形金屬與模具之間的相對(duì)滑動(dòng)速行表面潤(rùn)滑涂層處理，度較大，因而變形熱效應(yīng)與摩擦熱效應(yīng)使模具溫升尤其明顯。為了增進(jìn)鋼絲拉拔順利進(jìn)行，防止多道次拉拔潤(rùn)滑條件惡化，減少模具損傷，酸洗后的鋼絲還要進(jìn)即通過化學(xué)或物理的作用，使鋼絲表面涂上或生成一層較厚、附著力強(qiáng)、表面粗糙的潤(rùn)滑層，以便在后步拉拔時(shí)吸附潤(rùn)滑劑，將其載入模內(nèi)，形成潤(rùn)滑膜。1.3.5鋼絲拉拔冷拔鋼絲生產(chǎn)過程中，原料在拉拔力作用下，形成徑向壓縮軸向拉伸的應(yīng)力狀態(tài)，使金屬產(chǎn)生塑性變形[29~30]。拉絲變形是在一種特殊的應(yīng)力狀態(tài)下進(jìn)行的。在拉絲狀態(tài)下，材料受到徑向壓應(yīng)力和軸向拉應(yīng)力的作用，若不考慮摩擦力的作用，越靠近材料的表面，壓應(yīng)力越大，拉應(yīng)力越?。欢诓牧系男牟?，壓應(yīng)力較小，而拉應(yīng)力較大。因此，在拉絲狀態(tài)下，材料表面上在拉絲模入口處受到最大的壓應(yīng)力，心部在拉絲模出口處受到最大拉應(yīng)力和較小的壓應(yīng)力。若考慮摩擦力的作用，材料的應(yīng)力大小還與模具設(shè)計(jì)、拉絲過程中的潤(rùn)滑等有關(guān)，因此材料在拉絲模腔中的變形是一種極其復(fù)雜的過程。1.3.6鋼絲的熱處理由于鋼絲的拉拔塑性變形是在室溫下進(jìn)行的，且鋼絲拉拔過程形變量較大，因此伴隨形變量的加大，必然會(huì)發(fā)生冷加工硬化，即強(qiáng)度、硬度不停升高，變形抗力不停加大，塑性卻不停下降。當(dāng)形變量到達(dá)一定值后，硬化現(xiàn)象嚴(yán)重，金屬無法繼續(xù)進(jìn)行冷加工變形，鋼絲則體現(xiàn)為拉拔脆斷。對(duì)鋼絲進(jìn)行合適的熱處理，可以變化其塑性和加工性能并保證拉拔過程的正常進(jìn)行，進(jìn)而到達(dá)所規(guī)定的成品鋼絲最終性能，因此它是鋼絲生產(chǎn)過程中的一道關(guān)鍵的工序。鋼絲的熱處理方式和種類諸多，有退火、正火、等溫淬火、回火、調(diào)質(zhì)處理和形變熱處理等。不過在中高碳鋼絲的生產(chǎn)過程中，運(yùn)用的比較多的是在鉛液介質(zhì)中鋼絲的等溫淬火熱處理，以獲得索氏體組織，故也稱為索氏體化處理或鉛淬火、鉛浴處理。鋼絲熱處理若按照它在鋼絲生產(chǎn)工藝流程中的位置和作用，可分為預(yù)先熱處理、中間熱處理和最終熱處理三種[13]：⑴為了提高熱軋盤條的塑性，消除其組織的不均勻性，要進(jìn)行拉拔和預(yù)先熱處理。這是對(duì)鋼絲原材料所進(jìn)行的熱處理。但并不是所有的原材料都要進(jìn)行熱處理，對(duì)于經(jīng)軋制后采用控制冷卻索氏體化了的線材，由于其組織均勻，冷拉性能好，不需進(jìn)行預(yù)先熱處理。再有，一般低碳鋼原材料線材均不需要進(jìn)行預(yù)先熱處理。⑵為了消除拉拔過程所導(dǎo)致的冷加工硬化現(xiàn)象，恢復(fù)鋼絲的塑性，要深入進(jìn)行繼續(xù)冷加工的中間熱處理。一般中間熱處理在鋼絲生產(chǎn)過程中是必不可少的。⑶為了保證成品鋼絲的機(jī)械性能，進(jìn)行鋼絲的最終熱處理。1．4本課題的研究意義和內(nèi)容1.4.1本課題的研究意義伴隨我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，金屬制品已成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要支柱，而鋼絲作為金屬制品的重要產(chǎn)品之一，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)，以及人民的平常生活中，但目前國(guó)內(nèi)的鋼絲生產(chǎn)技術(shù)無法滿足我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。目前，國(guó)內(nèi)大部分鋼絲制品生產(chǎn)企業(yè)仍然是靠前蘇聯(lián)的生產(chǎn)技術(shù)，以及參照某些經(jīng)驗(yàn)性的結(jié)論組織生產(chǎn)。由于缺乏鋼絲高速拉拔變形的機(jī)理性研究，甚至對(duì)原材料的組織性能的某些觀點(diǎn)也無法提供科學(xué)根據(jù)。導(dǎo)致我國(guó)的鋼絲生產(chǎn)企業(yè)擁有一整套具有國(guó)際先進(jìn)水平的生產(chǎn)線卻不能高效生產(chǎn)出國(guó)際市場(chǎng)上的高端產(chǎn)品以滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求。近年來，雖然我國(guó)鋼絲制品的強(qiáng)度得到明顯提高，然而，影響鋼絲力學(xué)性能的諸多原因并未研究清晰，包括鋼絲拉拔變形過程中微觀組織與力學(xué)性能的變化、珠光體鋼絲在高溫下的組織變化和斷裂問題。因此，熱處理對(duì)中高碳鋼的組織、性能的影響，急需大家的研究。1.4.2本課題的研究?jī)?nèi)容本課題的研究?jī)?nèi)容包括如下兩部分：⑴冷拉拔鋼絲變形條件下珠光體組織形變特性。研究鋼絲內(nèi)珠光體組織在高速大應(yīng)變拉絲變形狀態(tài)下的變形特性，從組織形貌上探索冷拉拔鋼絲高強(qiáng)度的來源；⑵冷拉拔鋼絲在不一樣溫度下組織的穩(wěn)定性研究。鋼絲作為工業(yè)產(chǎn)品，其生產(chǎn)過程有也許處在不一樣溫度下，因此研究鋼絲組織在不一樣溫度下退火后組織性能的變化變得頗為重要。由于鋼絲高速大應(yīng)變拉拔變形過程是一種系統(tǒng)的工程性問題，而在試驗(yàn)室里無法實(shí)現(xiàn)類似于工廠生產(chǎn)的大規(guī)模高速持續(xù)變形的工藝性試驗(yàn)，但對(duì)于鋼絲拉拔這一工程性問題，又必須有規(guī)?；囼?yàn)的記錄數(shù)據(jù)才能闡明評(píng)價(jià)新工藝的優(yōu)劣。因此本文的研究只能是根據(jù)試驗(yàn)成果給與理論上的分析，并提出一定的生產(chǎn)提議。2試驗(yàn)材料與措施2．1試驗(yàn)材料本課題試驗(yàn)材料采用江蘇法爾勝集團(tuán)生產(chǎn)的70#鋼絲，其化學(xué)成分如表1所示。將Φ5.5mm的70鋼絲通過鉛浴處理后進(jìn)行拉拔，試樣采集為通過6道次拉拔Φ2.6mm的鋼絲、8道次拉拔Φ2.0mm的鋼絲和通過9道次拉拔Φ1.8mm的鋼絲。表１７０鋼化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）元素CSiMnCrNiSP含量0.67～0.750.17～0.370.5～0.8≤0.25≤0.25≤0.045≤0.042．2微觀組織分析2.2.1組織觀測(cè)措施[31~33]將材料制備成金相樣品，4%硝酸酒精腐蝕，采用OLMYPLUS金相顯微鏡、QUANTA200型掃描電子顯微鏡（SEM）觀測(cè)材料的顯微組織形貌，可觀測(cè)到索氏體組織形貌。2.2.2珠光體片層間距的測(cè)定 珠光體片層間距的定義為兩片相鄰的鐵素體（中間夾著一片滲碳體）或兩片相鄰的滲碳體（中間夾著一片鐵素體）中心線的距離，也可用一片鐵素體和一片滲碳體的厚度之和來表達(dá)。本試驗(yàn)中，采用兩片相鄰的滲碳體中心線的距離來衡量珠光體的片層間距。 在QUANTA200型掃描電鏡下，觀測(cè)熱軋盤條的金相組織，測(cè)量15～20片滲碳體的距離，計(jì)算出珠光體的片層間距；每個(gè)樣品測(cè)量15～20個(gè)珠光體團(tuán)的片層間距，取平均值作為該樣品的珠光體片層間距值。2．3示差掃描量熱（DSC）分析[34] 示差掃描量熱法是將試樣和參比物處在以一定速度加熱或冷卻的相似溫度狀態(tài)環(huán)境中，記錄下試樣和參比物之間建立零溫差時(shí)所需要的能量，并對(duì)時(shí)間或溫度作圖。在物質(zhì)勻速加熱或冷卻的過程中，當(dāng)?shù)竭_(dá)特定溫度時(shí)會(huì)發(fā)生物理或化學(xué)變化，在變化過程中，往往伴隨有吸熱或放熱現(xiàn)象，這樣就變化了物質(zhì)原有的升溫或降溫速率。示差掃描量熱法就是運(yùn)用這一特點(diǎn)，通過測(cè)定樣品與熱穩(wěn)定的參比物之間的溫度差與時(shí)間的關(guān)系，來獲得有關(guān)熱力學(xué)或熱動(dòng)力學(xué)的信息。 本文研究中采用美國(guó)TA企業(yè)生產(chǎn)的DSC-Q10差式掃描量熱儀分析強(qiáng)塑性變形（ε=1.50）70鋼鋼絲在加熱過程中的熱效應(yīng)，以此判斷強(qiáng)塑性變形鋼絲在加熱過程中的相變過程。試驗(yàn)參數(shù)：升溫速度20℃/min，采用氮?dú)獗Ｗo(hù)，測(cè)試溫度范圍室溫至5002．4鋼絲熱處理 根據(jù)DSC曲線判斷出鋼絲的相變溫度，采用真空爐進(jìn)行退火處理，保溫30min，隨爐冷卻。取出后對(duì)熱處理過的鋼絲進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)，以及觀測(cè)微觀組織變化。 將直徑為Φ2.6的冷拉鋼絲分別在100℃,200℃,300℃3珠光體鋼絲的組織研究共析鋼微觀組織是由諸多的珠光體團(tuán)構(gòu)成，且相鄰珠光體團(tuán)的片層排列方向不一樣。鋼絲冷拉拔過程中，宏觀上伴隨鋼絲直徑的減小鋼絲強(qiáng)度不停上升，而微觀上珠光體團(tuán)隨之纖維化，并且珠光體片層逐漸轉(zhuǎn)向平行鋼絲軸向方向。伴隨現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，分析水平的提高，對(duì)珠光體鋼絲塑性變形過程中組織變形的研究不停深入。本章從觀測(cè)分析70鋼鋼絲生產(chǎn)過程中微觀組織入手，探討珠光體鋼絲在高速大應(yīng)變狀態(tài)下的組織變化機(jī)制。3．1金相分析圖2是Φ5.5mm的70鋼盤條原始組織金相照片。從圖可以看出是經(jīng)典的索氏體組織，珠光體團(tuán)呈細(xì)小等軸狀，沿縱向或橫向均無明顯的方向性。（a）ε=0（橫截面）（b）ε=0（縱截面）圖270鋼盤條原始組織金相照片圖3是熱軋盤條經(jīng)6道次拉絲變形由Φ5.5mm變形到Φ2.6mm（ε=1.50）鋼絲的金相組織照片。從圖可以看到鋼絲橫截面上，晶粒明顯細(xì)化（圖3a）；而在縱截面上（沿拉絲方向），晶粒明顯被拉長(zhǎng)（圖3b）。（a）形變后ε=1.50的金相組織(橫截面)（b）形變后ε=1.50的金相組織(縱截面)圖3ε=1.50的組織金相照片圖4是熱軋盤條經(jīng)8道次拉絲變形由Φ5.5mm變形到Φ2.0mm（ε=2.02）金相組織照片。從圖可以看到鋼絲橫截面上，鋼絲晶粒深入細(xì)化（圖4a）；而在縱截面上，鋼絲組織展現(xiàn)出纖維化組織形態(tài)（圖4(a)形變后ε=2.02的金相組織(橫截面)（b）形變后ε=2.02的金相組織(縱截面)圖4ε=2.02的組織金相照片圖5是熱軋盤條經(jīng)9道次拉絲變形由Φ5.5mm變形到Φ1.8mm（ε=2.24）金相組織照片。從圖可以看到鋼絲橫截面上，鋼絲晶粒愈加的細(xì)化（圖5a）；而在縱截面上，鋼絲組織已明顯展現(xiàn)出纖維化，為經(jīng)典的冷拉拔變形組織形態(tài)（圖5（a）形變后ε=2.24的金相組織(橫截面)（b）形變后ε=2.24的金相組織(縱截面)圖5ε=2.24的組織金相照片以上圖片表明：70鋼鋼絲經(jīng)冷拉拔形變后，鋼絲縱截面上形成纖維狀組織，而橫截面上珠光體片層發(fā)生劇烈扭曲。老式理論認(rèn)為是脆性相的滲碳體也體現(xiàn)出一定的塑性變形能力。3．2珠光體片層形態(tài)變化由于鋼絲組織非常細(xì)小，在金相顯微鏡下難以觀測(cè)珠光體片層形態(tài)的變化。而對(duì)于共析點(diǎn)附近的珠光體鋼來說，其各項(xiàng)力學(xué)性能與珠光體片層分布形態(tài)親密有關(guān)，因此本節(jié)采用掃描電子電鏡觀測(cè)分析了不一樣拉拔變形應(yīng)變量下70鋼鋼絲的珠光體片層形態(tài)，并分析了其伴隨拉拔變形應(yīng)變量增大而變化的規(guī)律。圖6是Φ5.5mm熱軋盤條的原始組織橫截面SEM照片?？梢钥闯鲞@是經(jīng)典的共析鋼索氏體組織，珠光體團(tuán)尺寸約4-6μm，呈等軸狀。珠光體片層平直，且各相鄰珠光團(tuán)片層排列無明顯的擇優(yōu)取向性，片層間距約0.20μm。晶界上也無先共析鐵素體析出。圖670鋼的原始組織（橫截面）圖7為經(jīng)不一樣應(yīng)變量（ε=1.50，2.02，2.24）拉拔變形后鋼絲橫截面組織變化SEM照片。從圖可以看出伴隨拉拔變形應(yīng)變量的不停增大，鋼絲橫截面上珠光體片層間距逐漸減?。淮罅恐楣怏w團(tuán)片層逐漸調(diào)整至平行絲軸方向；此外，部分形變前平直的珠光體片層，在拉絲變形的作用下逐漸變得彎曲，老式理論認(rèn)為這是脆性相的滲碳體在拉絲變形徑向受壓、軸向受拉的應(yīng)力狀態(tài)下體現(xiàn)出一定的塑性變形能力所致。ε=1.50的SEM照片（橫截面）ε=2.02的SEM照片（橫截面）(c)ε=2.24的SEM照片（橫截面）圖7拉拔變形后鋼絲橫截面組織圖8是鋼絲的原始組織縱截面的SEM照片?？梢钥闯雠c橫截面相似，是經(jīng)典的共析鋼索氏體組織。圖870鋼的原始組織（縱截面）圖9給出了不一樣形變量下（ε=1.50，2.02，2.24）鋼絲的縱截面上珠光體的顯微組織形貌。從圖中可以清晰地看到，伴隨應(yīng)變量的增長(zhǎng)，滲碳體片逐漸轉(zhuǎn)到與拉絲軸平行的方向上，當(dāng)ε=1.50時(shí)基本上所有珠光體片都至調(diào)整至平行絲軸排列（如圖9a所示）；應(yīng)變量深入增大，沿絲軸排列的珠光體片層間距隨之逐漸減小，鐵素體片層厚度<100nm，類似于細(xì)片層疊層材料。不過不一樣原始排列狀態(tài)的珠光體團(tuán)其片層間距變化的速度也有差異：原始平行絲軸方向排列的珠光體團(tuán)片層間距減小的最快，逐漸變成纖維狀；而原始垂直于絲軸方向排列的珠光體團(tuán)，其片層排列方向的調(diào)整較為困難。伴隨拉拔變形應(yīng)變量繼續(xù)的增大，滲碳體片不僅被拉長(zhǎng)變薄，并且急劇破碎。ε=1.50的SEM照片（縱截面）ε=2.02的SEM照片（縱截面）(c)ε=2.24的SEM照片（縱截面）圖9拉拔變形后鋼絲縱截面組織由以上圖片可以明顯看出，形變前的70鋼鋼絲中珠光體片層為隨機(jī)取向，F(xiàn)e3C片很平直。伴隨形變量的增長(zhǎng)，鋼絲橫截面上珠光體片層逐漸變得彎曲，滲碳體體現(xiàn)出良好的塑性變形能力，但在應(yīng)變量較大時(shí)，局部區(qū)域Fe3C片也發(fā)生了劇烈的破碎。鋼絲縱截面上，珠光體片逐漸轉(zhuǎn)到與拉絲軸平行的方向上，最終變成纖維狀，基本與拉絲軸方向一致。Fe3通過對(duì)不一樣變形量70鋼鋼絲縱截面微觀組織的觀測(cè)，可根據(jù)珠光體片層排列方向?qū)⒅楣怏w團(tuán)提成三種類型：珠光體片層平行于絲軸方向、垂直于絲軸方向以及珠光體片層與絲軸成一定夾角θ（0°<θ<90°）。在拉絲應(yīng)力狀態(tài)下，珠光體片層重要受到平行于絲軸方向的拉應(yīng)力和垂直于拉絲軸方向的壓應(yīng)力，根據(jù)珠光體片層與絲軸方向之間的角度不一樣，可以將珠光體團(tuán)的變形提成三種類型，其形變過程如圖10所示：I型——珠光體片層與絲軸方向有一定角度的(θ<90°)，拉絲變形過程中，在平行于絲軸方向的拉應(yīng)力和垂直于絲軸方向的壓應(yīng)力共同作用下，其珠光體組織變形,包括片層間距減小和片層排列方向逐漸轉(zhuǎn)到絲軸方向兩個(gè)方面。拉絲變形應(yīng)變量足夠大后，其珠光體片層排列方向調(diào)整至基本平行于絲軸。II型——珠光體片層平行于絲軸方向,拉應(yīng)力和壓應(yīng)力都將減小其珠光體的片層間距，變形過程中片層間距減小速度為三種類型中最快，且珠光體片層方向一直與絲軸方向保持平行。III型——珠光體片層垂直于絲軸方向,變形過程中沿著絲軸方向的拉應(yīng)力將導(dǎo)致珠光體片層間距的增大，而垂直于絲軸方向的壓應(yīng)力作用于珠光體片層的兩端，由于珠光體片層寬度較大，整體轉(zhuǎn)動(dòng)較為困難，因此珠光體片層逐漸彎曲，直至斷裂。圖10珠光體片層的形態(tài)變化示意圖從上面的分析可以看出，滲碳體片層排列方向與拉絲軸方向越靠近越有助于拉絲形變的進(jìn)行，從而可以得到更大變形量、更高強(qiáng)度的鋼絲。4熱處理對(duì)鋼絲組織的影響如前文所述，70鋼鋼絲大應(yīng)變拉拔變形后，珠光體片層間距減小，且珠光體片層沿絲軸方向定向排列，這種類似于疊層復(fù)合材料的微觀構(gòu)造為珠光體鋼絲實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度化提供了組織保障。然而由于高強(qiáng)度鋼絲制品往往由于后續(xù)加工而處在不一樣溫度下，因此必須考慮這種組織的穩(wěn)定性問題。4．1退火溫度對(duì)鋼絲微觀組織的影響圖11為ε＝1.50的冷拉70鋼絲在不一樣溫度下退火的橫截面組織的照片。圖11a是在100℃退火的組織，與圖7a相比，滲碳體的數(shù)量比較少。圖11b是在200℃退火的組織，組織整體均勻化，滲碳體的數(shù)量深入減少，溶解量增多，組織中的滲碳體深入細(xì)化，滲碳體片變薄,分布也愈加均勻。圖11c是300℃退火的組織，這時(shí)片層狀滲碳體有長(zhǎng)大的趨勢(shì),滲碳體片大量增多，滲碳體片變厚。從300℃鋼絲100℃退火組織SEM(橫截面鋼絲200℃退火組織SEM(橫截面（c）鋼絲300℃退火組織SEM(橫截面(d)鋼絲400℃退火組織SEM(橫截面圖11退火處理冷拉70鋼絲橫截面組織變化圖12為ε＝1.50的冷拉70鋼絲在不一樣溫度下退火的縱截面組織的組織形貌。在冷拉鋼退火過程中，伴隨退火溫度的升高，晶粒逐漸長(zhǎng)大，在200℃退火時(shí)(如圖12b)，滲碳體幾乎已經(jīng)完全消失，表明滲碳體發(fā)生了更多的溶解，組織中的起伏更大。300℃退火時(shí)(如圖12c)，組織起伏減小，細(xì)片(絲)理論認(rèn)為，這是再結(jié)晶過程在起作用。滲碳體在本來纖維組織間型核、長(zhǎng)大，但由于退火溫度并沒到達(dá)再結(jié)晶溫度，只是抵達(dá)了再結(jié)晶開始溫度，保溫時(shí)間也不夠長(zhǎng)，再結(jié)晶過程并未完畢。鋼絲100℃退火組織SEM(縱截面(b)鋼絲200℃退火組織SEM(縱截面(c)鋼絲300℃退火組織SEM(縱截面(d)鋼絲400℃退火組織SEM(縱截面圖12退火處理冷拉拔鋼絲縱截面組織變化4．2DSC曲線分析通過DSC曲線中出現(xiàn)的峰可以判斷物體在加熱過程中與否放出能量，從而可以判斷材料與否發(fā)生了相變，本試驗(yàn)采用Φ2.6（ε=1.50）鋼絲。試驗(yàn)中的加熱速度為20℃/min，溫度由常溫加熱到500℃。鋼絲加熱過程的DSC曲線如圖放熱峰放熱峰圖13鋼絲在加熱過程中的DSC曲線從DSC曲線上可以明顯看出，鋼絲的DSC曲線在大概450℃附近存在一種明顯的放熱峰（圖中箭頭所指），放熱轉(zhuǎn)變溫度范圍在400℃～500將Φ2.6（ε=1.50）鋼絲在450℃真空爐中退火，保溫30min。圖14（a）ε=1.50鋼絲退火橫截面金相組織（b）ε=1.50鋼絲退火縱截面金相組織圖14退火后鋼絲的金相組織為了深入觀測(cè)退火后組織的變化，圖15為退火后鋼絲的SEM照片，（a）為退火后鋼絲橫截面SEM照片，（b）為退火后鋼絲縱截面SEM照片。ε=1.50鋼絲退火橫截面SEM（b）ε=1.50鋼絲退火縱截面SEM圖15退火后鋼絲的SEM照片與退火前鋼絲組織（圖2，圖7a，圖9a）對(duì)比，退火后滲碳體由片狀轉(zhuǎn)變?yōu)榍驙睢Ｖ虼擞腥绱俗兓?，是由?/p>

結(jié)論本文以高強(qiáng)度冷拔70鋼鋼絲生產(chǎn)和拉絲形變過程為對(duì)象，以研究70鋼絲拉拔變形過程中鋼絲微觀組織的變化規(guī)律，以及熱處理對(duì)鋼絲組織的影響為出發(fā)點(diǎn)，在綜合分析金相、SEM以及進(jìn)行的差熱分析，初步總結(jié)了拉拔變形過程中珠光體變形規(guī)律，基本明確了熱處理對(duì)鋼絲組織的影響。研究了拉拔變形過程中珠光體片層形態(tài)、間距的變化，得出了如下結(jié)論：1.金相觀測(cè)顯示，70鋼盤條經(jīng)冷拉拔形變后，晶粒取向有本來無明顯方向性變?yōu)槠叫杏诮z軸方向。在橫截面和縱截面上的體現(xiàn)為：伴隨應(yīng)變量的增大鋼絲橫截面上晶粒逐漸細(xì)化，而在縱截面上晶粒被拉長(zhǎng)直至呈纖維狀；2.形變前的70鋼Fe3C片很平直。伴隨形變量的增長(zhǎng)，鋼絲橫截面上珠光體片層逐漸變得彎曲，滲碳體體現(xiàn)出良好的塑性變形能力，但在應(yīng)變量較大時(shí)，局部區(qū)域Fe33.鋼絲拉拔變形過程中珠光體片層間距變化可分為三個(gè)階段：1）應(yīng)變量較小時(shí)，鋼絲整體變形重要由各珠光體團(tuán)間協(xié)調(diào)調(diào)整和片層平行絲軸排列的珠光體團(tuán)變形協(xié)同完畢，因此珠光體平均片層間距減小較慢；2）伴隨應(yīng)變量的增大，大量珠光體團(tuán)開始變形，鋼絲組織中珠光體平均片層間距減小速度明顯增快；3）當(dāng)應(yīng)變量超過1.5時(shí)，絕大部分珠光體團(tuán)片層已調(diào)整至平行絲軸方向，鋼絲徑向的減徑變形由少許片層垂直于絲軸排列珠光體團(tuán)（III型）在徑向壓力的作用下其珠光體片層彎曲，甚至斷裂實(shí)現(xiàn)，此階段珠光體平均片層間距減小速度又恢復(fù)到較小的狀態(tài)；4.研究熱處理對(duì)鋼絲組織的影響表明：伴隨退火溫度的升高，晶粒逐漸長(zhǎng)大，在200℃退火時(shí)，滲碳體幾乎已經(jīng)完全消失，表明滲碳體發(fā)生了更多的溶解，組織中的起伏更大。300℃退火時(shí)，組織起伏減小，細(xì)片(絲)狀滲碳體少許析出。伴隨退火溫度的升高，析出量增長(zhǎng)，析出的滲碳體顆粒逐漸長(zhǎng)大。400

致謝本論文是在導(dǎo)師吳鏘專家悉心指導(dǎo)下完畢的。我整個(gè)試驗(yàn)過程中得到吳鏘老師的耐心指導(dǎo)。當(dāng)我碰到不懂的難題時(shí)，他總是給我提供大量的參照資料，并給我以指導(dǎo)性意見。還請(qǐng)了碩士生宮杰學(xué)長(zhǎng)給我答疑解惑，使我在碰到難關(guān)的時(shí)候能很好的克服。在他的指導(dǎo)下，我不僅學(xué)到了諸多專業(yè)知識(shí)，更為重要的是掌握了一套課題研究的措施和思維模式，這使我在未來的工作和學(xué)習(xí)中將終身受益。值此論文完畢之際，謹(jǐn)向?qū)焻晴I在整個(gè)論文課題的研究進(jìn)程中，得到了碩士生宮杰學(xué)長(zhǎng)的大力支持和協(xié)助。他不僅在試驗(yàn)技能上給我很大的協(xié)助，并且常常就課題的詳細(xì)問題與我進(jìn)行討論，使我受到諸多啟發(fā)，在此非常感謝他予以我的指導(dǎo)和協(xié)助。本課題的試驗(yàn)材料70#鋼絲由江蘇法爾勝集團(tuán)生產(chǎn)提供，在此非常感謝蘇法爾勝集團(tuán)對(duì)本次試驗(yàn)的大力支持和協(xié)助。畢業(yè)在即，祝愿南京理工大學(xué)材料系再創(chuàng)輝煌！祝愿所有人均有一種美好的未來！

參考文獻(xiàn)[1]周勁.我國(guó)鋼鐵工業(yè)發(fā)展規(guī)模與資源支撐能力研究[J].中國(guó)經(jīng)貿(mào)導(dǎo)刊,.15（2）：25－27.[2]中國(guó)鋼鐵工業(yè)協(xié)會(huì).鋼鐵工業(yè)記錄年報(bào)匯報(bào)[EB/OL].,-07-10.[3]殷瑞鈺.鋼的質(zhì)量現(xiàn)代進(jìn)展[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1995.[4]楊金善.世界鋼鐵工業(yè)發(fā)展簡(jiǎn)介[J].冶金信息導(dǎo)刊,1999(1):20-22.[5]曾興富.小方坯連鑄機(jī)高效化探討[J].煉鋼，,16（2）:1-4.[6]Wernick.IddoK.ConsumingMaterials:TheAmericanWay.Technologicalforecastingandsocialchange.1996,23(1):111-122.[7]WuYanrui.TheChinesesteelindustry:recentdevelopmentsandprospects.ResourcesPolicy,,26(3):171-178.[8]孫金茂.推進(jìn)預(yù)應(yīng)力鋼絲鋼絞線用盤條國(guó)產(chǎn)化[J].金屬制品,1998,24(6):2-3.[9]謝青青.低松弛高強(qiáng)度PC鋼絞線的生產(chǎn)[J].湖南冶金,1998,17(3):21-22.[10]中國(guó)鋼鐵工業(yè)協(xié)會(huì).鋼鐵工業(yè)記錄年報(bào)匯報(bào)[EB/OL].-07[11]殷瑞鈺.鋼的質(zhì)量現(xiàn)代進(jìn)展[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1995[12]楊金善.世界鋼鐵工業(yè)發(fā)展簡(jiǎn)介[J].冶金信息導(dǎo)刊,1999,14(1):20-