45#硬線拉拔斷裂分析

45#硬線拉拔斷裂分析

0硬線拉拔斷裂的影響前線材料是指以線條為原料的深度產(chǎn)品。廣泛應用于煤礦、冶金、機械、建筑、石油、鐵路、航空等領(lǐng)域。這種類型有很多。拉拔是線材制品生產(chǎn)中最重要的工序之一。盤條拉拔過程中常發(fā)生斷條現(xiàn)象,不僅影響了拉絲生產(chǎn)效率,增加了生產(chǎn)成本和降低了經(jīng)濟效益,更重要的是降低了鋼絲質(zhì)量,因此要求盤條應具有良好的拉拔性能。影響硬線拉拔斷裂的原因有多種,本文針對45#硬線鋼在拉拔時發(fā)生斷裂的原因進行研究,提出了改善其拉拔性能的措施。145#硬線鋼生產(chǎn)工藝及試驗方法1.1硬線冷拉拔工藝45#硬線生產(chǎn)工藝流程:鐵水脫硫→轉(zhuǎn)爐冶煉→LF精煉→連鑄方坯(150mm×150mm)→步進式加熱爐加熱→高壓水除鱗→30架軋機連軋→吐絲→斯太爾摩冷卻→集卷→PF運輸線→檢驗→成品入庫,其中線材軋制規(guī)格為Φ6.5mm。45#硬線通常作為金屬制品行業(yè)深加工原料,用戶采用冷拔變形方法,利用鋼的加工硬化特點來獲得高強度的鋼絲及其制品。45#硬線冷拉拔工藝:Φ6.5mm→Φ6.1mm→Φ5.7mm→Φ5.1mm→Φ4.6mm→Φ4.1mm→Φ3.8mm。盤條拉拔到Φ4.6mm時容易發(fā)生斷裂。1.2斷裂方向上,盤條拉拔斷口為斜劈狀斷口,線材經(jīng)過49.9%減面率變形后出現(xiàn)拉斷,斷裂方向呈約45°角,從邊部向中心延伸。發(fā)生斷裂盤條直徑一端為4.6mm,一端為5.1mm,斷口附近盤條表面一側(cè)分布著多條橫向裂紋,與盤條縱向成一定角度,裂紋形狀不規(guī)則,如圖1所示。1.3金相組織、組織、酸相組織、酸相組織、摻雜物、表面酸質(zhì)檢驗在拉拔斷裂盤條同卷未拉拔部分取樣,進行成分、氣體含量、金相組織、夾雜物、表面酸洗檢驗。用金相顯微鏡和掃描電鏡對拉拔斷口及盤條表面橫裂紋進行觀察分析。2樣本分析2.1原盤條加工后的晶粒尺寸(1)盤條成分及氣體檢驗表1為45#硬線鋼盤條成分及氣體含量。盤條成分均符合GB/T699要求,鋼中有害元素硫、磷含量及氮、氫含量均較低,氧含量較高。(2)盤條組織檢驗體,網(wǎng)狀鐵素體含量較多;珠光體團晶粒尺寸不均勻,大的晶粒尺寸在60μm以上,部分晶粒大于100μm,較小晶粒尺寸小于30μm,晶粒尺寸差異很大。由圖2可見,45#盤條組織為珠光體+網(wǎng)狀鐵素(3)夾雜物檢驗用線切割將原盤條垂直于橫截面方向剖開,制成金相試樣。經(jīng)過磨制、拋光處理,在光學顯微鏡100倍下觀察,發(fā)現(xiàn)鋼中存在大量夾雜物。按照標準GB/T10561規(guī)定評級,B類夾雜物為1.5級,C類夾雜物為3.0級,見圖3。(4)盤條表面酸洗檢驗將盤條放在溫度為80℃的50%鹽酸溶液中浸泡30min后取出,用電吹風吹干盤條表面酸液,未發(fā)現(xiàn)盤條表面有劃傷、折疊、裂紋等表面缺陷。2.2缺陷物能譜分析用線切割沿垂直裂紋方向?qū)⒈P條切開,制成金相試樣。在金相顯微鏡下觀察裂紋在盤條中的方向與形貌,如圖4所示。由圖4可見,裂紋從表面裂開,向內(nèi)部擴展,根部尖銳,裂紋附近存在多處鏈狀夾雜物,夾雜物尺寸超過0.1mm。對夾雜物用能譜進行成分分析,夾雜物成分為Ca、Al、Si及少量的Na、Mg元素,如圖5所示。用4%硝酸酒精溶液浸蝕試樣,觀察金相組織,裂紋兩側(cè)沒有脫碳,排除了鑄坯裂紋的可能性。結(jié)合原盤條及拉拔斷口檢驗,盤條表面裂紋形成于拉拔過程中。3分析與討論3.1表面改性的抗拔力試樣分析結(jié)果表明,原盤條的非金屬夾雜物含量高,尤其是脆性夾雜物B(氧化鋁)類和C(硅酸鹽)類夾雜物級別較高,同時盤條中含有少量卷渣(Na、Mg為爐渣元素)。集中在盤條近表面的夾雜物對拉拔工藝的危害很大,由于非金屬夾雜物同基體金屬的彈性、塑性有相當大的差別,所以在拉拔變形時夾雜物不能發(fā)生相應的變形,這樣在它的周圍就產(chǎn)生越來越大的應力,使夾雜物和基體的界面產(chǎn)生微裂紋;隨著變形的不斷進行,微裂紋不斷發(fā)展成空洞,破壞了基體的連續(xù)性,造成應力集中。一旦局部應力超過盤條表面強度盤條就會出現(xiàn)裂紋,在進一步拉拔時裂紋繼續(xù)受力、擴大,直至斷裂盤條組織中大量網(wǎng)狀鐵素體存在會降低其強度,不同尺寸晶粒在拉拔過程中不能協(xié)同變形,易在局部產(chǎn)生應力集中,增加材料內(nèi)部產(chǎn)生微裂紋機率,微裂紋產(chǎn)生后繼續(xù)擴展而引起盤條拉拔斷裂。3.2檢查病物的種類和級別為了提高45#硬線鋼拉拔性能,需要改善夾雜物的種類和級別,盡可能消除B類、C類夾雜物;改善盤條組織,細化珠光體團,消除或減少網(wǎng)狀鐵素體。3.2.1拉拔斷裂45#硬線盤條加工工藝的改進措施中高碳鋼盤條中非金屬夾雜物按其形成原因可以分為2大類:外來夾雜物和內(nèi)生夾雜物。外來夾雜物來源主要有2個途徑:在冶煉出鋼及澆鑄過程中,卷入的爐渣及耐火材料等;與煉鋼原材料同時進入爐中的非金屬夾雜物。內(nèi)生夾雜物來源主要有以下幾個途徑:轉(zhuǎn)爐冶煉后吹;中間包材質(zhì)的影響;脫氧劑、合金添加劑與鋼中元素化學反應的產(chǎn)物,在鋼凝固前未浮出而殘留在鋼中從盤條夾雜物成分分析結(jié)果可知,拉拔斷裂45#硬線盤條中既有內(nèi)生的B類、C類內(nèi)生夾雜物,也有爐渣卷入的外來夾雜物。為了減少鋼中夾雜物,對冶煉工藝從以下方面改進:(1)提高轉(zhuǎn)爐高拉碳率,降低終點鋼水氧含量,盡量減輕后吹程度。從理論和實踐的角度看,終點碳含量或鋼水的氧位是決定一次夾雜物數(shù)量的主要因素,因而減輕后吹程度對鋼的潔凈度和減少夾雜物是最有效的措施,要求冶煉終點[C]控制在0.37%~0.42%范圍。(2)出鋼時采用雙擋渣操作,抑制或消除出鋼過程下渣,如有下渣,在精煉前進行扒渣處理。(3)采用低鋁硅鐵、硅鋇鈣脫氧,而不能用鋁或含鋁較高的合金進行脫氧,以防止鋼中形成高熔點的Al(4)優(yōu)化LF爐精煉過程中的造渣工藝,鋼水進站化渣。根據(jù)渣況加白灰、石英砂、碳化硅等渣料造白渣,白渣時間大于20min,待成分、溫度合格后,喂硅鈣線處理,喂線后凈吹時間大于15min,凈吹時嚴禁裸露鋼液面。(5)鋼坯連鑄時,大包至中間包采用長水口保護澆鑄,并增加氬封保護,中間包至結(jié)晶器采用整體水口,減少二次氧化及鋼液吸氮。中間包鋼水重量不低于20t,并保持液面穩(wěn)定,防止液面波動卷渣或下渣。3.2.2盤條控軋控冷工藝的調(diào)整盤條金相組織主要由化學成分和控軋控冷工藝決定。在拉拔斷裂處取樣檢驗,未發(fā)現(xiàn)成分異常,因此對盤條的控軋控冷工藝進行調(diào)整,將盤條精軋溫度降到900~920℃,吐絲溫度840~860℃,充分細化相變前奧氏體晶粒;增加風機風量,使盤條軋后快速冷卻到索氏體轉(zhuǎn)變溫度范圍,同時通過佳靈裝置調(diào)整風機開口度,使盤條冷卻更加均勻,從而改善盤條的金相組織。3.3金相組織的消失工藝改進后,對45#硬線盤條試樣進行檢驗:鋼中氧含量降到8~15ppm,氮含量降到24~35ppm;B類、C類夾雜物消失,A類夾雜物為0.5~1.5級,D類夾雜物為0.5~1.0級;金相組織為珠光體+索氏體+少量鐵素體組織,全網(wǎng)狀鐵素體消失,珠光體團尺寸均勻,晶粒度達到7.0~8.0級。盤條拉拔到Φ3.8mm斷絲率不足1.5%。4金盤條拉拔斷裂率低45#硬