低碳钢高速线材的表面缺陷及冷镦开裂原因分析
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near cracks
图 5 线材表面平行裂纹形貌 Fig. 5 Parallel cracks appearance o n wire surface
图 3 线材表面单道线缺陷形貌 Fig. 3 Single liner defect s appearance o n wire surface
图 4 线材表面单道线缺陷内夹杂形貌 Fig. 4 Inclusions appearance in single liner surface defect s
图 2 裂纹附近少量片状白色夹杂形貌 Fig. 2 Little lamellate white inclusio n appearance
cracks on part s , it was found t hat slag was included into steel during tapping and continuous casting and p roduced surface cracks o n wire p roduct s , which lead to cold2heading cracks.
关键词 : 低碳钢 ; 线材 ; 冷镦 ; 开裂
中图分类号 : T G356. 4 文献标识码 : A 文章编号 : 100124012 (2005) 0220069203
ANAL YSIS O F SU R FACE D EF EC TS AND COLD2H EAD IN G CRAC KS O F L O W CA RBON S T EEL H IGH SP EED WIR ES
理化检验 - 物理分册
曾强国 :低碳钢高速线材的表面缺陷及冷镦开裂原因分析
样品
图2 图4 图6 图7 图8 图 10
Fe 29. 7 61. 8 92. 5 37. 6 11. 7 82. 0
表 1 各样品能谱微区成分分析结果
Tab. 1 Chemical compo sitio n of EDS micro2zone analyzing of each sample
[ 8 ] 陈 篪 ,姚 蘅. 论 J 积分和裂纹顶端张开位移间的关系 [ A ] . 金属断裂研究文集 [ C ] . 北京 :冶金工业出版社 , 1978. 64 - 76.
[ 9 ] Gregory P , Gibson. Some Observatio n on J2R Curves [ D ] . U SA : ASTM STP 856. 1985. 166 - 182.
制折叠 ,但在显微镜下观察 ,缺陷内部存在大量的混 合型复合夹杂或夹渣 ,见图 4 ,其微区成分见表 1 。
(3) 平行裂纹 线材表面另一类较典型的缺 陷 ,宏观上呈现纵向平行 、间距约 1～2mm 的两条 或两条以上的黑线 ,见图 5 。内有异物呈断续分布 , 能谱成分分析结果为单一的硅酸盐脆性夹杂物 ,它 的存在往往也导致冷镦标准件细小开裂 。
Key words : Low carbon steel ; Wire ; Cold2heading ; Cracks
1 问题的提出
随着制造技术的进步 ,标准件的生产工艺发生 了根本改变 。通过挤压 、冷镦等工艺制造标准件 ,比 起传统机械加工方法 ,具有损耗少 、成材率高 、生产 效率高 、尺寸精度一致和加工硬化强度高等无可比 拟的优点 。
ZENG Qiang2guo
(Quality Supervisio n Depart ment of Anyang Iro n & Steel Group , Co . L td. , Anyang 455004 , China)
Abstract : In t his paper , typical surface defect s of low carbo n steel high speed wires fo r cold2heading have been examined by using SEM and EDS. Co mparing t he defect s of semi2p roduct during rolling , wit h cold2heading
Mn 1. 34 1. 07
5. 45
-
Al 3. 68 1. 63
Si 49. 9 7. 77 2. 02
71. 0 5. 85
S 1. 97 4. 07
13. 2 4. 49
-
Cl 12. 0 3. 10
-
Ca 4. 24 7. 82 2. 30 9. 45 4. 48 6. 18
K 1. 05 9. 26 -
(下转第 75 Fra Baidu bibliotek) ·71 ·
理化检验 - 物理分册
杨卓青等 :一种新的钝化线形式
出了一种新的钝化 线形 式 ———J = 2 K ( 0. 5εF ) n · Δa ,该方程与材料的实测钝化线吻合较好 。
参考文献 :
[ 1 ] Begley J A , Landes J D. The J2Integral as a Fract ure Criterion[ A ] . Fract ure To ughness Proceeding of t he 1971 National Sympo sium o n Fract ure Mechanics , Part Ⅱ[ C ] . U SA : ASTM STP 514 , 1972. 1 - 20.
收稿日期 :2003204222 作者简介 :曾强国 (1970 - ) ,男 ,高级工程师 ,硕士 。
标准件过程中经常出现冷镦开裂现象 。为了提高产 品质量 ,找出开裂原因 ,对冷镦线材进行了分析 。
2 理化检验
2. 1 成品表面缺陷分析 将 Q195L 钢 、C7D 钢和 Q2352B 钢轧制的高速
为了确定成品材料上的缺陷来源 ,对连铸坯轧 制成材过程中的中间道次即精轧前的中间料进行了 取样分析 。酸洗后的中间料表面在显微镜下观察 , 在其横截面上可见裂纹底部存在大量异物 ,个别地 方已经脱落 ,见图 7 。成分见表 1 ,其中含有钾 、钠等 元素 ,这是连铸过程中卷入的保护渣 。
对该炉次的成品材进行取样 ,酸洗后发现其表
[ 6 ] 江志业. 16MnR 钢焊缝及热影响区断裂性能的研究 [J ] . 压力容器 , 1995 ,12 (6) :464 - 468.
[ 7 ] Landes J D , Begley J A. Recent Develop ment s in J IC Testing [ A ] . Develop ment s in Fract ure Mechanics Test Met hods Standardizatio n [ C ] . U SA : ASTM STP , 632. 1977. 57 - 81.
(4) 表面划伤 图 6 是典型的划伤形貌 ,划伤方 向沿轧制方向 ,缺陷较直 ,其深度浅且底部圆滑 ,缺陷
·70 ·
图 6 线材表面通长划伤形貌 Fig. 6 Scratch appearance o n wire surface
内较洁净 ,有极少数夹杂物。成分 (质量分数) 见表 1 。从成分上看 ,该类钢种成分基本上是正常的 。 2. 2 轧制中间料表面缺陷和成品缺陷的对照分析
由于冷镦成型时变形量一般在 70 %以上 ,产品 很容易产生裂纹 ,因而对用材的选择和质量都有严 格要求 。不仅要求钢材具有较高的强度和塑性指 标 ,而且还要求其具有精确的尺寸和良好的表面质 量 。安阳钢铁集团公司的高速线材机组自投产以 来 ,先后多次试制了 Q195L 钢和 C7D 钢等系列冷 镦用盘条 。该类钢种的碳含量低塑性好 ,但在加工
[ 2 ] 魏嘉荃 ,钟伯明. 低温下用 J R 曲线确定金属材料延性 断裂韧 度 的 研 究 [ J ] . 大 庆 石 油 学 院 学 报 , 1990 , 14 (3) :107 - 116.
[ 3 ] 陈同来 ,等. 用 SZ 法测试焊缝金属延性断裂韧度的研 究[J ] . 华东船舶工业学院学报 (自然科学版) , 2002 , 16 (1) :86 - 91.
(2) 表面单道长裂纹 裂纹沿线材纵向分布 , 有的裂纹长达 30mm 以上 ,见图 3 。现场认为是轧
·69 ·
理化检验 - 物理分册
曾强国 :低碳钢高速线材的表面缺陷及冷镦开裂原因分析
图 1 线材表面裂纹簇形貌 Fig. 1 Cracks cluster appearance o n wire surface
[ 4 ] 刘永明. 焊缝热影响区断裂性能试验研究 [J ] . 力学季 刊 , 2002 ,23 (2) :157 - 163.
[ 5 ] To sal L . Comparison of t he Static and Dynamic Frac2 t ure Behavio ur of an A E2460 St ruct ural Steel [J ] . En2 gineering Fract ure Mechanics , 2000 ,66 :537 - 549.
图 9 冷镦开裂的标准件 1 × Fig. 9 Break part s after cold2heading
图 10 冷镦开裂裂纹微观形貌 Fig. 10 Micro2appearance of cold2heading cracking
面与中间料有类似缺陷 ,见图 8 。其中白色夹杂物 的微区成分见表 1 。可以认为其与中间料的缺陷有 密切联系 。 2. 3 冷镦产品的缺陷分析
理化检验 - 物理分册 P TCA ( PA R T :A P H YS. T ES T. ) 2005 年 第 41 卷 2
试验与研究
低碳钢高速线材的表面缺陷及 冷镦开裂原因分析
曾强国
(安阳钢铁集团公司质量监督部 , 河南 455004)
摘 要 : 采用扫描电镜和能谱仪对低碳冷镦用高速线材表面缺陷进行了分析 ,同时对轧制中间 料的缺陷和成品冷镦标准件开裂样品进行对照分析 。结果表明 ,浇注和连铸过程的夹渣残留在坯 料中极易在后序的加工中使成品表面产生裂纹 ,最终引起了冷镦开裂 。
线材取样酸洗后 ,对其中具有典型特征的缺陷用扫 描电子显微镜观察[1] ,并进行微区能谱成分分析 。 通过观察 ,缺陷大致有以下几类 :
(1) 表面细小裂纹簇 宏观下 ,在线材长度方 向上裂纹呈簇状分散分布 ;在显微镜下呈分离的细 裂纹 (见图 1) ,且裂纹附近有白色片状硅质为主的 复合夹杂 (见图 2) 。微区能谱半定量分析结果 (质 量分数 ,下同) 见表 1 ,其中所含氯元素主要由于酸 洗液中盐酸引起 ,不予考虑 。
Na 19. 6 8. 31 1. 85
Ti 5. 66 -
%
Zn 3. 98 -
图 7 中间料裂纹的横截面形貌 Fig. 7 Carcks apperanace on cro ss sectio n wit h
intermediat material
图 8 成品表面含异物的线缺陷形貌 Fig. 8 Liner inclusio n apperanace o n surface of p roduct
高速线材在制作标准件时的开裂形貌 ,见图 9 。 对于没有完全贯穿的裂纹 ,在显微镜下可以看到由 外向里的裂纹扩展情形 ,裂纹尖端可见少量夹杂物 , 裂口处已成空缝见图 10 。夹杂物成分见表 1 ,杂质 元素基本上同中间料和成品材相符 ,属连铸过程中 保护渣卷入所造成 。
3 分析与讨论
通过上述对高速线材产品酸洗后表面缺陷的微 观分析 ,主要典型缺陷为表面细小裂纹簇 、单道长条 裂纹 、平行裂纹和划伤等 。其中表面微裂纹簇在宏 观上观察往往被认为是点缺陷 ,而且可见非金属夹 杂物 ;而从显微分析来看 ,其为含有夹杂的许多小裂 纹 。从成分上分析 ,主要是硅 、钙等元素 。这是在炼 钢过程中钢液没有得到净化 ,造成连铸坯生产过程 中较大夹杂物上浮被坯壳截获 ,形成皮下夹杂[2] 。 在轧制前的加热过程中 ,铸坯表层被氧化及其表层 下的夹杂物逐渐裸露 。在随后的轧制过程中 ,这种
图 5 线材表面平行裂纹形貌 Fig. 5 Parallel cracks appearance o n wire surface
图 3 线材表面单道线缺陷形貌 Fig. 3 Single liner defect s appearance o n wire surface
图 4 线材表面单道线缺陷内夹杂形貌 Fig. 4 Inclusions appearance in single liner surface defect s
图 2 裂纹附近少量片状白色夹杂形貌 Fig. 2 Little lamellate white inclusio n appearance
cracks on part s , it was found t hat slag was included into steel during tapping and continuous casting and p roduced surface cracks o n wire p roduct s , which lead to cold2heading cracks.
关键词 : 低碳钢 ; 线材 ; 冷镦 ; 开裂
中图分类号 : T G356. 4 文献标识码 : A 文章编号 : 100124012 (2005) 0220069203
ANAL YSIS O F SU R FACE D EF EC TS AND COLD2H EAD IN G CRAC KS O F L O W CA RBON S T EEL H IGH SP EED WIR ES
理化检验 - 物理分册
曾强国 :低碳钢高速线材的表面缺陷及冷镦开裂原因分析
样品
图2 图4 图6 图7 图8 图 10
Fe 29. 7 61. 8 92. 5 37. 6 11. 7 82. 0
表 1 各样品能谱微区成分分析结果
Tab. 1 Chemical compo sitio n of EDS micro2zone analyzing of each sample
[ 8 ] 陈 篪 ,姚 蘅. 论 J 积分和裂纹顶端张开位移间的关系 [ A ] . 金属断裂研究文集 [ C ] . 北京 :冶金工业出版社 , 1978. 64 - 76.
[ 9 ] Gregory P , Gibson. Some Observatio n on J2R Curves [ D ] . U SA : ASTM STP 856. 1985. 166 - 182.
制折叠 ,但在显微镜下观察 ,缺陷内部存在大量的混 合型复合夹杂或夹渣 ,见图 4 ,其微区成分见表 1 。
(3) 平行裂纹 线材表面另一类较典型的缺 陷 ,宏观上呈现纵向平行 、间距约 1～2mm 的两条 或两条以上的黑线 ,见图 5 。内有异物呈断续分布 , 能谱成分分析结果为单一的硅酸盐脆性夹杂物 ,它 的存在往往也导致冷镦标准件细小开裂 。
Key words : Low carbon steel ; Wire ; Cold2heading ; Cracks
1 问题的提出
随着制造技术的进步 ,标准件的生产工艺发生 了根本改变 。通过挤压 、冷镦等工艺制造标准件 ,比 起传统机械加工方法 ,具有损耗少 、成材率高 、生产 效率高 、尺寸精度一致和加工硬化强度高等无可比 拟的优点 。
ZENG Qiang2guo
(Quality Supervisio n Depart ment of Anyang Iro n & Steel Group , Co . L td. , Anyang 455004 , China)
Abstract : In t his paper , typical surface defect s of low carbo n steel high speed wires fo r cold2heading have been examined by using SEM and EDS. Co mparing t he defect s of semi2p roduct during rolling , wit h cold2heading
Mn 1. 34 1. 07
5. 45
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Al 3. 68 1. 63
Si 49. 9 7. 77 2. 02
71. 0 5. 85
S 1. 97 4. 07
13. 2 4. 49
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Cl 12. 0 3. 10
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Ca 4. 24 7. 82 2. 30 9. 45 4. 48 6. 18
K 1. 05 9. 26 -
(下转第 75 Fra Baidu bibliotek) ·71 ·
理化检验 - 物理分册
杨卓青等 :一种新的钝化线形式
出了一种新的钝化 线形 式 ———J = 2 K ( 0. 5εF ) n · Δa ,该方程与材料的实测钝化线吻合较好 。
参考文献 :
[ 1 ] Begley J A , Landes J D. The J2Integral as a Fract ure Criterion[ A ] . Fract ure To ughness Proceeding of t he 1971 National Sympo sium o n Fract ure Mechanics , Part Ⅱ[ C ] . U SA : ASTM STP 514 , 1972. 1 - 20.
收稿日期 :2003204222 作者简介 :曾强国 (1970 - ) ,男 ,高级工程师 ,硕士 。
标准件过程中经常出现冷镦开裂现象 。为了提高产 品质量 ,找出开裂原因 ,对冷镦线材进行了分析 。
2 理化检验
2. 1 成品表面缺陷分析 将 Q195L 钢 、C7D 钢和 Q2352B 钢轧制的高速
为了确定成品材料上的缺陷来源 ,对连铸坯轧 制成材过程中的中间道次即精轧前的中间料进行了 取样分析 。酸洗后的中间料表面在显微镜下观察 , 在其横截面上可见裂纹底部存在大量异物 ,个别地 方已经脱落 ,见图 7 。成分见表 1 ,其中含有钾 、钠等 元素 ,这是连铸过程中卷入的保护渣 。
对该炉次的成品材进行取样 ,酸洗后发现其表
[ 6 ] 江志业. 16MnR 钢焊缝及热影响区断裂性能的研究 [J ] . 压力容器 , 1995 ,12 (6) :464 - 468.
[ 7 ] Landes J D , Begley J A. Recent Develop ment s in J IC Testing [ A ] . Develop ment s in Fract ure Mechanics Test Met hods Standardizatio n [ C ] . U SA : ASTM STP , 632. 1977. 57 - 81.
(4) 表面划伤 图 6 是典型的划伤形貌 ,划伤方 向沿轧制方向 ,缺陷较直 ,其深度浅且底部圆滑 ,缺陷
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图 6 线材表面通长划伤形貌 Fig. 6 Scratch appearance o n wire surface
内较洁净 ,有极少数夹杂物。成分 (质量分数) 见表 1 。从成分上看 ,该类钢种成分基本上是正常的 。 2. 2 轧制中间料表面缺陷和成品缺陷的对照分析
由于冷镦成型时变形量一般在 70 %以上 ,产品 很容易产生裂纹 ,因而对用材的选择和质量都有严 格要求 。不仅要求钢材具有较高的强度和塑性指 标 ,而且还要求其具有精确的尺寸和良好的表面质 量 。安阳钢铁集团公司的高速线材机组自投产以 来 ,先后多次试制了 Q195L 钢和 C7D 钢等系列冷 镦用盘条 。该类钢种的碳含量低塑性好 ,但在加工
[ 2 ] 魏嘉荃 ,钟伯明. 低温下用 J R 曲线确定金属材料延性 断裂韧 度 的 研 究 [ J ] . 大 庆 石 油 学 院 学 报 , 1990 , 14 (3) :107 - 116.
[ 3 ] 陈同来 ,等. 用 SZ 法测试焊缝金属延性断裂韧度的研 究[J ] . 华东船舶工业学院学报 (自然科学版) , 2002 , 16 (1) :86 - 91.
(2) 表面单道长裂纹 裂纹沿线材纵向分布 , 有的裂纹长达 30mm 以上 ,见图 3 。现场认为是轧
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理化检验 - 物理分册
曾强国 :低碳钢高速线材的表面缺陷及冷镦开裂原因分析
图 1 线材表面裂纹簇形貌 Fig. 1 Cracks cluster appearance o n wire surface
[ 4 ] 刘永明. 焊缝热影响区断裂性能试验研究 [J ] . 力学季 刊 , 2002 ,23 (2) :157 - 163.
[ 5 ] To sal L . Comparison of t he Static and Dynamic Frac2 t ure Behavio ur of an A E2460 St ruct ural Steel [J ] . En2 gineering Fract ure Mechanics , 2000 ,66 :537 - 549.
图 9 冷镦开裂的标准件 1 × Fig. 9 Break part s after cold2heading
图 10 冷镦开裂裂纹微观形貌 Fig. 10 Micro2appearance of cold2heading cracking
面与中间料有类似缺陷 ,见图 8 。其中白色夹杂物 的微区成分见表 1 。可以认为其与中间料的缺陷有 密切联系 。 2. 3 冷镦产品的缺陷分析
理化检验 - 物理分册 P TCA ( PA R T :A P H YS. T ES T. ) 2005 年 第 41 卷 2
试验与研究
低碳钢高速线材的表面缺陷及 冷镦开裂原因分析
曾强国
(安阳钢铁集团公司质量监督部 , 河南 455004)
摘 要 : 采用扫描电镜和能谱仪对低碳冷镦用高速线材表面缺陷进行了分析 ,同时对轧制中间 料的缺陷和成品冷镦标准件开裂样品进行对照分析 。结果表明 ,浇注和连铸过程的夹渣残留在坯 料中极易在后序的加工中使成品表面产生裂纹 ,最终引起了冷镦开裂 。
线材取样酸洗后 ,对其中具有典型特征的缺陷用扫 描电子显微镜观察[1] ,并进行微区能谱成分分析 。 通过观察 ,缺陷大致有以下几类 :
(1) 表面细小裂纹簇 宏观下 ,在线材长度方 向上裂纹呈簇状分散分布 ;在显微镜下呈分离的细 裂纹 (见图 1) ,且裂纹附近有白色片状硅质为主的 复合夹杂 (见图 2) 。微区能谱半定量分析结果 (质 量分数 ,下同) 见表 1 ,其中所含氯元素主要由于酸 洗液中盐酸引起 ,不予考虑 。
Na 19. 6 8. 31 1. 85
Ti 5. 66 -
%
Zn 3. 98 -
图 7 中间料裂纹的横截面形貌 Fig. 7 Carcks apperanace on cro ss sectio n wit h
intermediat material
图 8 成品表面含异物的线缺陷形貌 Fig. 8 Liner inclusio n apperanace o n surface of p roduct
高速线材在制作标准件时的开裂形貌 ,见图 9 。 对于没有完全贯穿的裂纹 ,在显微镜下可以看到由 外向里的裂纹扩展情形 ,裂纹尖端可见少量夹杂物 , 裂口处已成空缝见图 10 。夹杂物成分见表 1 ,杂质 元素基本上同中间料和成品材相符 ,属连铸过程中 保护渣卷入所造成 。
3 分析与讨论
通过上述对高速线材产品酸洗后表面缺陷的微 观分析 ,主要典型缺陷为表面细小裂纹簇 、单道长条 裂纹 、平行裂纹和划伤等 。其中表面微裂纹簇在宏 观上观察往往被认为是点缺陷 ,而且可见非金属夹 杂物 ;而从显微分析来看 ,其为含有夹杂的许多小裂 纹 。从成分上分析 ,主要是硅 、钙等元素 。这是在炼 钢过程中钢液没有得到净化 ,造成连铸坯生产过程 中较大夹杂物上浮被坯壳截获 ,形成皮下夹杂[2] 。 在轧制前的加热过程中 ,铸坯表层被氧化及其表层 下的夹杂物逐渐裸露 。在随后的轧制过程中 ,这种