鋼絲拉絲脆斷原因分析之二

1、鋼絲拉絲脆斷原因分析之二一、夾雜物引起斷裂線材屮非金屬夾雜物的存在，破壞了組織的連續(xù)性，起到了一個顯微裂紋的作用。當(dāng)受到外力 作用吋，在夾朵物的頂端首先產(chǎn)生附加的應(yīng)力集中。尤其在原奧氏體品粒交界處出現(xiàn)的大塊狀、條 狀或片狀碳化物，這些異常碳化物在材料冷變形時，嚴(yán)重地阻塞了位錯的移動，致使該處產(chǎn)生應(yīng)力 集中。當(dāng)應(yīng)力集中達(dá)到一定大小時便會使碳化物開裂，或在碳化物與基體交界處產(chǎn)生裂紋。當(dāng)裂紋 達(dá)到失穩(wěn)狀態(tài)尺寸，地瞬時產(chǎn)生斷裂。非金屬夾雜物的多少是衡量簾線鋼質(zhì)量高低的一個重要因素。在用sem對斷口進行分析的過程 屮，經(jīng)常'發(fā)現(xiàn)非金屬夾雜物。在典型的杯錐狀斷口上有吋候就能發(fā)現(xiàn)夾雜物，sem表明大

2、多為三氧 化二鋁夾雜或其它高熔點脆性夾雜物。其避免主要是通過精煉，使夾雜物變?yōu)樗苄缘腿埸c夾雜物。脆性夾雜物是引起鋼絲斷裂的重要原因之一，而夾雜物引起斷裂分為以下幾種形勢：1、夾雜物與鋼基體z間界面脫開拉仲過程屮，在夾雜物周圍的局部加劇了應(yīng)力集屮；裂紋優(yōu)先在與拉應(yīng)力垂直的夾雜物與基體 的界面產(chǎn)生并沿著夾雜物與鋼基體界面擴展，致使夾雜物與基體界面脫開。2、夾雜物本身開裂由于脆性較矮雜物木身具有缺陷，在拉伸過程屮，在缺陷處產(chǎn)生嚴(yán)重的應(yīng)力集屮，由于局部應(yīng) 力升高而導(dǎo)致夾雜物本身開裂。3、混合開裂鋼中非金屈夾雜物的形狀、分布是沒有規(guī)律的，因此夾雜物在鋼中引起裂紋也是隨機性的，取 決于夾雜物的性質(zhì)、尺寸、

3、形狀及分布，對于同類型的夾雜物，由于形狀、分布和受力方向不同， 往往產(chǎn)生斷裂的情況也不盡相同，有時兩種斷裂方式同時存在，有時兩種斷裂方式交替進行。4、沿 兩種不同類型夾雜物的相界開裂鋼中經(jīng)常出現(xiàn)兒種夾雜物和共生在一起的復(fù)合夾雜物，由于各類夾雜物z間的力學(xué)性能和物理 性質(zhì)不同，相界結(jié)合力較弱，在拉應(yīng)力作用下容易從相界開裂。二、偏析引起的鋼絲斷裂在一定程度上，中心偏析對鋼絲拉斷的危害必脆性夾雜物。因為偏析在更大程度上影響了鋼絲 的延伸性，從而使塑性變形不能在存在偏析的地方產(chǎn)生。在鋼絲最初的拉拔過程中偏析導(dǎo)致小的裂 紋的出現(xiàn)，等進入了最終拉拔時就導(dǎo)致了人字形斷口 (chevroncracks)在連鑄

4、過程中減少中心偏析的途徑有以下兒個：1、中心偏析隨著中包過熱度的降低而降低，因此中包的鋼液溫度應(yīng)該盡可能的低；2、在結(jié)品器和二冷安裝電磁攪拌。結(jié)品器的電磁攪拌能夠減少中心偏析的程度和范圍。電磁攪 拌同樣口j改善v形偏在鑄坯中心的存在；3、盡可能的降低拉速，能夠減輕屮心偏析程度。三、馬氏體組織造成拉拔脆斷硬線屬高碳鋼，控制冷卻時，若冷卻時間太短，對鋼材不起作用；若冷卻時間太長，就容易引 起脆斷。在斯太爾摩控制冷卻上，穿水冷卻是奧氏體急速過冷階段。它的目的是控制具有高形變能 壓扁的奧氏體晶粒長大和保留加工硬化的效果，為吐絲溫度和后部風(fēng)冷段控制做準(zhǔn)備。軋制硬線錯 誤的指導(dǎo)思想是，企圖使線材表面淬成馬

5、氏體，然后通過心部自回火方式形成回火馬氏體。如果這樣，在高速的軋制下線材表面得不到充分白回火，難免出現(xiàn)馬氏體殘余。因為線材直徑只有5. 5mm, 最大也只有9nnn,它的斷面小，形變潛能也小，所以冷卻不能過急，宜控制在0. 30.6s,使線材表 而溫度始終在ms以上（高于400°c）,以防止表面淬成馬氏體。硬線的散卷風(fēng)冷相當(dāng)于“等溫”處理 階段，它的目的是控制鋼屮以索氏體為主的組織，以利于提高拉拔性能。要求組織屮鐵素體可能少 且以塊狀均勻分布，而非網(wǎng)狀析出，因而也應(yīng)采用快速冷卻方式。但若冷卻速度過快，也會產(chǎn)生貝 氏體或馬氏體組織。尤其對于有合金元素偏析的鑄坯，冷卻速度達(dá)25°

6、;c/s就容易產(chǎn)生馬氏體。因此, 冷卻速度宜為615°c/s,使奧氏體分解轉(zhuǎn)變在接近cct曲線的鼻尖進行。對大直徑線材，可選擇 高的初始冷卻速度，因為直徑增大，隨體積增加的熱焰量比表面所失去的熱量要大，有促使先共析 鐵素體增加，珠光體組織長大z趨勢。高碳馬氏體既硬又脆，沖擊吸收功很低，斷后伸長率和斷面 收縮率幾乎為零。同時，馬氏體的比容比奧氏體大，當(dāng)奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體時鋼的體積增大。由于 馬氏體轉(zhuǎn)變的不均勻性，這種體積變化將引起很大的內(nèi)應(yīng)力，使鋼發(fā)生變形，成為裂紋的根源。這 樣，在拉拔力或其它外力的作用下，易引起應(yīng)力集中而使硬線脆斷。四、嚴(yán)重脫碳層造成拉拔脆斷線材的脫碳層直接影響著硬

7、線的拉拔，對高碳硬線來說，嚴(yán)重的脫碳層好像一個缺口，不但承 受面積小，應(yīng)力增大，而口由于突然縮頸，容易引起應(yīng)力集中導(dǎo)致拉絲脆斷。通過脫碳層深度超標(biāo) 而使硬線脆斷的試樣斷口觀察和試樣金相分析，發(fā)現(xiàn)有裂紋和組織兩個重要特征。第一，硬線表面 均存在白色長條，英屮平行地分布著橫裂紋，冇的橫裂紋已深入基體。因此，碩線的斷線是由于它 表層長條區(qū)內(nèi)的橫裂紋擴展而引起的。白色氏條區(qū)是全脫碳形成的鐵素體組織，它是組織中的薄弱 環(huán)節(jié)。第二，硬線組織不是所要求的以索氏體為主的組織，而是網(wǎng)狀鐵素體和粗片狀珠光體。網(wǎng)狀 鐵素體的存在會導(dǎo)致抗拉強度下降，拉拔吋承受變形能力差;粗片狀珠光體的存在也會導(dǎo)致硬線塑韌 性及拉拔能

8、力的降低。這兩種組織是由于加熱溫度過高、加熱時間過長，鋼的相變溫度偏高，過冷 度小而析出的，是脫碳的而沿產(chǎn)物。此外，硬線隨拉拔變形程度的加大，加工硬化程度也增大，網(wǎng) 狀鐵素體和粗片珠光體的存在又增加碩線的脆性。當(dāng)碩線拉拔時，由于脫碳層產(chǎn)生橫裂紋，而鄰近網(wǎng)狀鐵素體和粗片狀珠光體又不能有效地阻止裂紋的擴展，且受到拉拔、收盤的扭絞力共同作用， 部分碩線即刻脆斷。因此，鑄坯加熱溫度愈高，加熱時間愈長，爐內(nèi)漏氣或其他不正常因素愈多， 脫碳會愈嚴(yán)重，從部分脫碳到全脫碳，使鋼失去更多的碳。為了防止脫碳，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)章制度， 對不同鋼號和規(guī)格鋼坯及時調(diào)整加熱溫度，提高工作的責(zé)任感。從控制脫碳優(yōu)化氧化鐵皮的角度

9、考 慮，爐內(nèi)應(yīng)保持一定氧化氣氛，可形成薄的氧化鐵皮，阻止鋼坯表面繼續(xù)脫碳。在預(yù)熱段應(yīng)緩慢加 熱(至850°c, 2h),并有合適的保溫。鋼坯在850°c1050°c吋，由于脫碳有向拋物線頂點發(fā)展的趨 勢，應(yīng)嚴(yán)格控制加熱吋間不超過30min,并要盡理縮短均熱段保溫吋間。五、其它非冶金原因關(guān)于鋼絲拉拔時的斷絲，1984年zccvzimcrman和rovcrj. henry對此作了探討。他們對鋼簾線 用鋼絲在水箱拉絲機上拉拔時斷口用sem進行分析，觀察到拉拔斷口大部分成杯錐狀。并指岀，鋼 絲拉拔時，表面層金屬比心部金屬變形大，這引起表面層金屬沿長度方向受壓應(yīng)力而屮心部分

10、受拉 應(yīng)力，當(dāng)此拉應(yīng)力過大時致使在中心部位產(chǎn)生中心破裂，即形成v型裂紋或人字形裂紋。并認(rèn)為這 種v型裂紋是拉拔斷絲成為大量杯錐狀斷口的原因。雖然zeevzimerman和rovertj. herry對此研究 得很詳細(xì)，但是未能考慮后面工序中的捻制斷絲問題，未能指出兩種杯錐狀斷口的內(nèi)在聯(lián)系。1981 年，eddyg. demeyere在研究高低碳鋼的夾雜物對鋼絲拉拔時的可加工性能和機械性能的影響時，曾 指出，在鋼絲拉拔到0.25mm過程屮，很少或根本沒有發(fā)現(xiàn)由于夾雜物引起的斷絲更令人驚奇的是, 即使50um大的零星存在的夾雜物也未能造成拉拔斷絲，而主要是由丁表而缺陷或過在造成的斷絲。 他說，這種情況與簾線捻制時不同，由于在捻制時鋼絲受到