碳素弹簧钢丝裂纹原因分析

三速 (398 m/ min)
道
次 强度/ 扭转/ 弯曲/
酸浸
强度/ 扭转/ 弯曲/
酸浸
强度/ 扭转/ 弯曲/
酸浸
MPa 次
次 裂纹深度/ mm MPa 次
次 裂纹深度/ mm MPa 次
次 裂纹深度/ mm
1 1 310 48
9
0108
1 350 48
9
0108
1 383 48
9
0108
2 1 400 51
通过上述试验 ,笔者认为产生裂纹的原因有 :
图 2 酸浸裂纹深度与压缩率的关系曲线 ( Ⅱ)
(1) 原料在冶炼时成分控制不严 ,有害元素 P、 S、Cu 等含量偏高 ,轧制时孔型磨损 ,控冷不良 ,对盘 条组织及表面均有不良影响 。常见的表面缺陷有耳 子 、折叠 、断续裂纹及麻点 ,这些缺陷在钢丝生产过 程中难以消除 ,对成品钢丝的扭转值产生不良影响 或产生扭裂 。另外 ,原料的皮下气泡 ,夹杂物 ,残余 缩孔 ,局部 Si 、C 富集等因素会大大降低线材的塑 性 ,拉拔后金属分层即开裂 。
5 元 素 的 质 量 分 数 : C 0171 % Mn 0164 % Si 0124 % P 01022 % S 01016 %
金相组织 :索氏体 + 片状珠光体 + 网状 、半网状 铁素体
脱碳层深度 :013 %D 013 %D ( D 为盘条直径) 酸浸裂纹深度 :0108 mm 0109 mm 31112 工艺流程
(2) 在酸洗过程中产生裂纹 。若酸洗不干净 ,有 害的氧化铁皮附在钢丝表面 ,在拉拔时易拉伤拉丝 模 ,反映到钢丝表面为涂层被刮去 ,表面发亮 ,严重 时有手感明显的毛刺 。这些裂纹在后续加工过程中 难以消除 。同样 ,过酸洗会产生氢脆 ,也易产生裂纹 甚至断裂 ,涂层不均匀也易造成钢丝拉伤 。
(3) 在热处理过程中产生裂纹 。原因之一是脱 碳 ,脱碳是指钢丝表面的 C 被氧化掉 ,铅淬火时先 析铁素体较多 ,在后期拉拔时 ,表面与心部硬度不 一 ,金属流动速度不一样 ,势必在分界处产生分层 , 严重时还会产生断丝现象 。原因之二是由于停车或 拉拔速度过慢 ,炉子出口处到铅锅入口处之间的一 段钢丝在炭末的覆盖下仍处于高温状态 ,冷却速度 较慢 ,使奥氏体中的铁素体过早地析出 ,滞留时间越 长铁素体析出量越多 ,而后进入铅液淬火后即形成 较为粗大的网状铁素体和珠光体 ,这种组织强度低 , 塑性差 ,在初道次拉拔时能够承受一定的变形量 ,随 着变形量的增加 ,组织变形差异明显化 ,不能同步产 生滑移 ,局部形成位错塞积而产生内应力 ,致使裂纹 首先产生于铁素体与珠光体或碳化物的晶界处 ,且 随着变形量的逐渐加大 ,裂纹源扩展 ,甚至断裂 。
1 问题的提出 在市场经济情况下 ,产品的质量和价格成为参
与市场竞争的两个最关键的因素 ,因此 ,各生产厂家 十分重视产品质量 。笔者对某弹簧钢丝生产厂家近 几年来出现的碳素弹簧钢丝不合格产品进行分析 , 发现不合格项目中 ,钢丝强度不在要求范围之内的 占 7 % ,扭转次数达不到标准要求的占 10 % ,扭转断 裂的占 80 % ,其它占 3 %。
金相组织 :索氏体 + 片状珠光体 + 小块状 、点条
状铁素体 脱碳层深度 :016 %D 018 %D 酸浸裂纹深度 :0101 mm 0101 mm(多条细浅裂
纹) 31212 热处理后检验结果
© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
1 585 40
7
0104
5 1 625 42
10
0102
1 655 40
9
0102
1 675 37
8
0104
6 1 700 38
11
01013
1 130 36
10
0102
1 755 33
9
0103
表 2 通水 、润滑不良状态下拉拔的试验数据
一速 (199 m/ min)
二速 (265 m/ min)
表 1 通水 、润滑良好状态下拉拔的试验数据
一速 (199 m/ min)
二速 (265 m/ min)
三速 (398 m/ min)
道
次 强度/ 扭转/ 弯曲/
酸浸
强度/ 扭转/ 弯曲/
酸浸
强度/ 扭转/ 弯曲/
酸浸
MPa 次
次 裂纹深度/ mm MPa 次
次 裂纹深度/ mm MPa 次
次 裂纹深度/ mm
4 1 460 1 470 — — 6 7 0102 0102
5 1 540 1 540 — — 10 10 0102 0101
6 1 600 1 630 28 30 16 17 0101 0101
表 3 中的数据是在通水 、润滑良好且低速拉拔 的条件下试验得出的 。分析上述两组试验结果可 知 ,要获得性能优良的成品钢丝 ,最佳生产工艺是在 低速 、通水 、润滑良好的条件下采用小压缩率多道次 拉拔 。 313 原因分析
率的关系见图 2 。
表 3 各拉拔道次试验数据
抗拉强度/ MPa 扭转/ 次 弯曲/ 次 酸浸裂纹深度/ mm
道次
头 尾 头尾头尾 头
尾
1 1 240 1 260 — — — — 0102 0103
2 1 290 1 300 — — — — 0102 0103
3 1 370 1 390 — — 4 7 0102 0102
关键词 弹簧钢丝 合格率 裂纹 原因
Analyzing the Causes for the Cracks in Carbon Spring Steel Wire
Wang Kuaishe ( Metallurgical Engineering Institute , University of Architectural Science and Technology Xi′an 710055)
抗拉强度 :1 190 MPa 1 180 MPa 金相组织 :索氏体 + 少量点条状铁素体 脱碳层深度 :110 %D 112 %D 酸浸裂纹深度 :0102 mm 0103 mm 31213 拉拔工艺 拉拔工艺为 : 7120 —6150 —5180 —5130 —4185 —
4150 mm 各道次试验数据见表 3 ,酸浸裂纹深度与压缩
第 2 期
王快社等 :碳素弹簧钢丝裂纹原因分析
Fra Baidu bibliotek
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图 1 酸浸裂纹深度与压缩率的关系曲线 ( Ⅰ) 注 :1、2、3 分别为通水 、润滑良好状态下一速 、二速 、三速拉 拔时的酸浸裂纹深度与压缩率的关系曲线 ;4、5、6 分别为 通水 、润滑不良状态下一速 、二速 、三速拉拔时的关系曲线
7
0107
1 438 50
7
0108
1 476 50
7
0107
3 1 510 45
8
0106
1 550 42
6
0108
1 580 40
5
0109
4 1 590 39
9
0108
1 635 36
7
0109
1 680 32
6
0111
5 1 680 26
10
0108
1 721 24
8
0110
1 769 22
—检验 —分类 —包装入库
酸浸裂纹深度 0109 mm 0110 mm
31113 酸洗后检验
31114 拉拔工艺
酸浸裂纹深度 :0108 mm 0109 mm(原料)
拉拔工艺为 : 5110 —4150 —3195 —3145 —3105 —
热处理 511 mm 半成品钢丝检验 :
2175 —2150 mm
抗拉强度 1 160 MPa 1 170 MPa
选用 6/ 550 拉丝机 。
面缩率 42 %
45 %
在通水 、润滑良好状态下拉拔时的试验数据见
金相组织 索氏体 + 少量点条状铁素体
表 1 ,在通水 、润滑不良状态下拉拔时的试验数据见
脱碳层深度 015 %D 016 %D ( D 为半成品钢 表 2 ,酸浸裂纹深度与压缩率的关系见图 1 。
7
0114
6 1 760 20
11
0109
1 810 18
9
0112
1 860 15
8
0118
312 采用扒皮 65Mn 718 mm 盘条进行试验 31211 原始数据
5 元 素 的 质 量 分 数 : C 0167 % Mn 1109 % Si 0119 % P 01019 % S 01016 %
由此可以看出 ,扭转次数达不到标准要求 ,或扭 转次数达到标准要求但有裂纹现象产生的占不合格 品总量的 90 % ,有时甚至更高 。为此 ,该厂成立了 专题小组来查找 、分析裂纹产生的原因 。
2 理论分析 通常认为裂纹有 4 种现象 : (1) 裂缝 、裂口 、裂
纹 、发纹 ; (2) 拉裂 (又称竹节状横纹) ; (3) 扭裂 ; (4) 劈裂 。该厂扭裂现象最为严重 。钢丝裂纹的来源有 两类 :一是盘条带来的 。虽然盘条生产厂家采取措
施 ,努力消除裂纹但仍难以避免 ;二是深加工过程中 产生的 。目前 ,国内还很难生产出无缺陷的盘条 ,所 以难以准确地分析区别出钢丝裂纹是盘条带来的 , 还是在深加工过程中产生的 。
为较准确地查找裂纹来源 ,选择两组试验数据 进行分析 。
3 试验 、结果及分析 311 选用 70 # 钢盘条进行试验 31111 原始数据
1 1 260 48
9
0107
1 270 48
9
0107
1 290 48
9
0107
2 1 360 54
8
0105
1 380 52
8
0106
1 390 50
8
0106
3 1 450 50
8
0104
1 480 48
7
0105
1 500 48
6
0105
4 1 545 45
9
0103
1 565 43
8
0103
615 mm 盘条 —酸洗涂层 —拉成 511 mm 半
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金 属 制 品
第 26 卷
成品 —热处理 —酸洗涂层 —拉拔成 215 mm 成品 丝直径)
Li Guozhe ( The Research Institute of Steel Wire Products under Ministry of Metallurgical Industry Zhengzhou 450007)
Abstract Torsion crack is an important unfavourable factor affecting the percent of pass of carbon spring steel wire1In order to find out the causes for the cracks ,two sets of tests are made1It is considered that the cracks stem from four aspects such as raw ma2 terial ,acid pickling ,heat2treatment and wire drawing process by the test results and theoretical analyses1The best production pro2 cess for the steel wire with good property is multiple drawing with small2draught low2speed under the condition of water2feeding and lubricating well1 Keywords spring steel wire ; percent of pass ; crack ; cause
第26卷 第2期 Vol126 No12
金 属 制 品 Steel Wire Products
2000 年 4 月 April 2000
碳素弹簧钢丝裂纹原因分析
王快社
李国哲
(西安建筑科技大学冶金工程学院 710055) (冶金部金属制品研究院 郑州 450007)
摘 要 扭转裂纹一直是影响碳素弹簧钢丝合格率高低的重要不利因素 。为准确地查找裂纹来源 ,进行了两 组试验 ,通过检验结果和理论分析 ,认为裂纹主要来源于原材料 、酸洗 、热处理及拉丝过程等 4 个方面 。要想获得 性能优良的成品钢丝 ,最佳生产工艺是在低速 、通水 、润滑良好的条件下采用小压缩率多道次拉拔 。