72A硬线钢拉拔横向断裂原因分析

72A硬线钢拉拔横向断裂原因分析
颜银标1 孙国元1 陈 光1 贾宁晨2 刘世仁2 林贵明2
(1.南京理工大学材料科学与工程系,南京 210094;2.南京钢铁集团公司技术中心,南京 210035)
摘 要 用金相显微镜和显微硬度计分别观察和测量了拉拔过程中发生横向断裂的 72A 硬线钢组织与硬度。在钢 丝 断 口 处 存 在 尺 寸 较 大 的 卷 渣 缺 陷;钢 丝 表 层 存 在 硬 度 高 于 正 常 索 氏 体 组 织 的 非 索 氏 体 组 织;并 在 钢 丝 中 观 察 到 沿索氏体分布的魏氏铁素体组织。这些组织和缺 陷 引 起 应 力 集 中、并 使 钢 丝 表 层 与 心 部 的 拉 拔 变 形 严 重 不 一 致 而 导致钢丝发生横向断裂。 关键词 硬线钢 拉拔 横向断裂
(1.DepartmentofMaterialScienceandEngineering,NanjingUniversityofScienceandTechnology, Nanjing210094;2.TechnologyCenterofNanjingIronandSteelGroupCo.,Ltd.,Najing210035)
p 前言 线 材 制 品 是 以 线 材 为 原 料 的 深 加 工 产 品,广 泛
应 用 于 煤 矿 、冶 金 、机 械 、建 筑 、石 油 化 工 、铁 路 、航 空 等部门和军工部门,其种类繁多 。 q1,2r 硬线钢属中高 碳 范 围 ,是 热 轧 线 材 钢 中 性 能 要 求 较 高 、应 用 较 广 的 品 种 。 近 年 来 ,硬 线 钢 的 需 求 量 不 断 增 加 ,质 量 要 求 不断提高,随之而来的质量问题日益突出 。 q3r
(1)大 尺 寸 非 塑 性 夹 杂 物 在 拉 拔 变 形 过 程 中 碎 裂 和 引 起 应 力 集 中 ,从 而 形 成 裂 纹 而 导 致 钢 丝 断 裂 。
(2)钢 丝 中 的 魏 氏 铁 素 体 组 织 强 度 远 低 于 索 氏 体 ,拉 拔 变 形 主 要 集 中 在 铁 素 体 中 进 行 ,使 铁 素 体 中 形 成 高 密 度 位 错 、甚 至 形 成 位 错 胞 和 裂 纹 陷 较 深 ,且 裂 纹 区 域 的 麻 点 数 远 多 于 无 裂纹区。钢丝表面横向裂纹间的间距随拉拔道次增 加而减小。
横 裂 钢 丝 的 断 裂 面 有 的 由 一 个 面 构 成,有 的 由 多 个 面 组 成 。单 个 面 构 成 的 断 裂 面 凹 凸 不 平 ,与 拉 拔 方 向 近 似 垂 直 ;由 多 个 面 组 成 的 断 裂 面 上 ,其 中 一 个 较 大 的面与拉拔 方 向 近 似 垂 直,其 余 断 面 与 拉 拔 方 向呈一定角度。 2.3 试验方法
图 1 φ3.75mm 钢丝表层组织(纵向) Fig.1 Structureofsurfacelayer
图 2 索氏体晶界上的魏氏组织及裂纹 Fig.2 WidmanstQttenferriteandfractureinsorRitegrainRoundaries
(a)魏氏组织;(R)φ3.75mm 钢丝中魏氏组织上的裂纹
分 别 在 断 裂 钢 丝 断 口 位 置、有 横 裂 纹 位 置 截 取 试 样 ,再 分 别 沿 钢 丝 的 横 向 (与 拉 拔 方 向 垂 直 )、纵 向 (与 拉拔方向平行)用 线 切 割 切 取 后 磨 制 金 相 试 样。 在 Olympus-Ⅱ型金相显微镜上观察组织。并用 H1000型 显 微 硬 度 计 测 定 了 钢 丝 表 层 和 心 部 组 织 的 硬度值。 3 结果与讨论 3.1 横向断裂断口的组织观察和分析
拉拔是线材制品生产过程中最重要的生产工序
之 一 。钢 丝 拉 拔 过 程 中 常 发 生 断 条 现 象 ,这 不 仅 影 响 了 拉 丝生产效率,增 加 了 生 产 成 本 和 降 低 了 经 济 效 益 ,更 重 要 的 是 降 低 了 钢 丝 质 量 ,因 此 要 求 盘 条 应 具 有 良 好 的 拉 拔 性 能 q4r。根 据 现 有 研 究 资 料 中 的 结 果 , 影 响 硬 线 拉 拔 钢 断 裂 的 原 因 有 多 种 。 q5r 本 文 针 对 72A 硬线钢在拉拔时发生横向断裂现象,对断裂原
图 1为 φ3.75mm 钢 丝 纵 剖 面 上 的 表 层 组 织。 钢 丝 表 层 存 在 "八 "字 型 裂 纹 ,其 中 一 条 与 表 面 相 通 , 另一条在表层内部。这些裂纹在后续拉拔过程中将 不 断 扩 展 ,导 致 钢 丝 拉 拔 断 裂 。
图 2为图 1中的钢丝内表层腐蚀态组织。图 2
发 生 横 向 断 裂 的 钢 丝 直 径 分 别 为 4.5、3.75、 3.30mm,钢 丝 表 面 有 横 向 裂 纹,试 样 的 一 端 为 x3.75mm,另一端为 z3.30mm,在它们表面均可观 察 到 横 向 裂 纹 ;将 钢 丝 表 面 抛 光 后 ,仍 有 许 多 麻 点 状
T VUT
由多个面构成的断裂面部位制备的横截面金相
试 样,经观 察 可 见,在 断 口 附 近,存 在 大 块 状 非 金 属 夹杂物,其尺寸超过 0.10mm,为卷渣缺陷。这种非 金 属 夹 杂 物 很 脆 ,在 拉 拔 过 程 中 将 会 破 裂 ,在 其 边 界 产 生 应 力 集 中 ,产 生 裂 纹 ,使 钢 丝 断 裂 。
中图法分类号 TG142.1
文献标识码 A
RESEARCH ON CAUSESOFTRANSVERSERUPTUREOF72A HARD STEELWIREDURING DRAWING
YAN Yinbiao1,SUN Guoyuan1,CHEN Guang1,JIA Ningchen2 LIU Shiren2 LIN Guiming2
图 3 φ3.30mm 钢丝表层非索氏体组织(纵向) Fig.3 Nonsorbitesinsurfacelayer
扩展引起钢丝断裂。 (3)钢丝 表 层 存 在 比 心 部 组 织 硬 度 高、变 形 能
力 差 的 非 索 氏 体 组 织 ,在 拉 拔 变 形 时 ,表 层 与 心 部 变 形严重不一致而 引 起 钢 丝 表 层 横 向 开 裂,最 终 导 致 拉拔断裂。
在 钢 丝 中,还 观 察 到 非 金 属 夹 杂 物,形 状 有 块 状 、颗粒状、细长条状 ;夹杂 物 类 型 以 非 塑 性 氧 化 物
为 主,另 有 少 量 的 塑 性 硫 化 物,其 最 大 尺 寸 超 过 50µm。根据 GB10561-89判别,大尺寸非金属夹杂 物级别在 3级以 上,多 数 小 尺 寸 非 金 属 夹 杂 物 级 别 在 1级以上。这些大尺寸非塑性夹杂物将引起钢丝 拉 拔 断 裂,而 小 尺 寸 夹 杂 物 在 φ5.5拉 拔 到 φ2.6范 围对钢丝拉拔断裂无明显影响。 3.2 横向裂纹处的组织观察和分析
(a)中 可 观 察 到 索 氏 体 晶 粒 之 间 存 在 层 片 状 铁 素 体 , 即 魏 氏 铁 素 体 组 织 。它 沿 索 氏 体 晶 界 分 布 ,铁 素 体 强 度 低 ,塑 性 好 ,钢 丝 的 拉 拔 变 形 首 先 而 且 主 要 集 中 在 这 些 魏氏铁素体 组 织 中 进 行,最 终 将 在 魏 氏 组 织 内 形成裂纹(图 2(R))。
ABSTRACT Thestructureoftransverseruptured72A hardsteelwirehasbeenobservedby microscopeanditshardnesshasbeenmeasured.Theresultshowsthatbigslaginclusionsand hardnon-sorbitesinthesurfacelayerandWidmanstmttenferritesinwiresareobserved.Insuch casethestressconcentrationandseriousunevendeformationinsurfacelayerandcenterofwires arecausedandtransverseruptureisoccurred. nEoWORDS hardwiresteel,drawing,transverserupture
第 2期
颜银标等:72A 硬线钢拉拔横向断裂原因分析
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裂纹甚至钢丝断裂为止。 3.3 横向裂纹处的非索氏体组织观察与分析
图 3表明了具有横裂纹的钢丝表层组织中所存 在 的 层 状 非 索 氏 体 组 织 。其 显 微 硬 度 值 为 :表 层 非 索 氏 体 组 织 的 硬 度 356Hm0.2,心 部 及 内 表 层 索 氏 体 组 织 的 硬 度 为 302Hm0.2,这 表 明 表 层 非 索 氏 体 组 织 与 正常索氏体 组 织 的 性 能 有 较 大 差 异:表 层 非 索 氏 体 组 织 硬 度 高 ,塑 性 差 ,而 心 部 正 常 索 氏 体 组 织 的 塑 性 好,因 此,心 部 的 变 形 比 表 层 大,出 现 了 变 形 不 一 致 ,从 而 在 钢 丝 表 层 出 现 横 向 裂 纹 。 4 结论
收 到 修 改 稿 日 期 s2003-05-20 联 系 人 s颜 银 标 ,副 教 授 ,yyinbiaot
因进行了研究与分析。 2 硬线钢生产工艺和试验方法 2.p 生产工艺
硬线钢盘条牌 号 为 72A。钢 水 由 100t电 炉 冶 炼 后 转 入 Lu包 中 精 炼,同 时 喂 硅 钙 线 以 改 善 夹 杂 物形态,然后在五流连铸机中连铸成 130mmv 130 mm 小方坯,连铸结晶器带有电磁搅拌;小方坯加热 至1250w后热轧成 x5.5mm,经斯太尔摩控冷线得 到 盘 条。 再 经 剥 皮 y z5.5y z5.1y z4.5y z4.05y z3.75y z3.3y z2.9y z2.{拉 拔,退 火 后 再 进 一 步 拉拔至 z1.0。 2.2 硬线钢横断试样断口及外观状况