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SWRH82B盘条拉拔断丝原因分析

张瑞华

(本钢集团本溪北营钢铁(集团)股份有限公司轧钢厂，辽宁本溪；117017)

前言

SWRH82B盘条主要用于制作高强度低松弛预应力钢丝和钢绞线的原料。该类钢拉制的成品应用于铁路和公路桥梁、吊车梁、轨枕、码头、电视塔、核反应堆、大跨度桥的“斜拉杆”及制作预应力混凝土输水管道构件等。因此要求对线材成品夹杂物和脱碳层进行控制，并具有索氏体化组织，具备组织均匀、抗拉强度高、拉拔性能与延伸率较好、松弛值低、预应力损失小和耐疲劳性能优良等特点。

本钢北营公司针对SWRH82B盘条试生产阶段客户反馈盘条拉拔过程中常常出现断丝现象进行了分析。

1  SWRH82B盘条生产工艺

SWRH82B盘条生产工艺路线为：铁水预处理→复吹转炉冶炼→LF精炼→方坯连铸(电磁搅拌、保护浇铸)→缓冷→钢坯加热→高速线材轧机轧制(控制轧制及控制冷却)→打捆→入库

2  SWRH82B盘条断丝分析

2．1  盘条表面缺陷引起的断裂

盘条表面存在结疤、耳子等缺陷，结疤主要由钢坯夹渣原因产生，夹渣的塑性比基体差，在拉拔过程中不能随钢丝基体变形而同时变形，导致局部应力集中，失去流动性而断裂，断口几乎没有缩颈，其塑性较差。

取一断口试样，做金相组织和夹杂物检验，检验结果为：金相组织为索氏体+珠光体+少量渗碳体；夹杂物：颗粒直径100um；索氏体化率为85％，金相组织中不存在网状渗碳体；大颗粒状夹杂物等级为2．5级。用扫描电镜对断口进行检验，发现断裂源存在大量夹渣，对非金属夹杂物进行能谱分析，分析结果见图1，能谱分析各元素成分见图1—c。分析表明，夹杂物中含有大量的F、K、Na元素，有关资料显示，结晶器保护渣中含有以上元素，判定试样的夹杂物成分为结晶器保护渣卷渣所致。

盘条在吊运过程中，由于操作不当，表面出现擦伤、压痕等表面缺陷。在拉拔过程中会出现在缺陷处应力集中，形成裂纹并向盘条内部延伸，造成以缺陷处为断裂源的断裂现象。取一断口试样在扫描电镜下观察分析，断口形貌未发现异常冶金缺陷，断口表现为韧窝特征，说明断裂表现为韧性断裂(见图2)。对应断裂源部分的钢丝表面存在不同程度的微裂纹，说明该表面微裂纹多为拉拔前表面缺陷引起。

2．2  盘条的内部缺陷引起的断裂

盘条内部缺陷多为缩孔、心部夹渣和中心裂纹，主要是由中心偏析造成。连铸坯在连铸机内边运行边冷却，中心液体溶质较高，随着凝固的进行，中心液体成糊状，失去流动性，糊状区下部的凝固体产生收缩，对糊状区的液体产生一定的抽吸作用，此时富集溶质的残余液体沿枝晶间流动，凝固后形成V型偏析或中心偏析。

内部缺陷引起的断口多为脆性断口，断口边缘无缩径，多为尖锥状断口，此种断裂主要发生在拉拔和捻制过程中，断口的典型形状是“一尖一窝”。取一断口试样在扫描电镜下观察，可见断口形貌较为规则，为浅韧窝，且断口处比较干净，未发现夹杂物，中心存在缩孔，本身已形成了断裂源，拉拔受力时先从心部断裂，形成尖锥状断口(见图3)；芯部夹杂物引起的断丝和夹杂物成分见图4。

盘条应具有较好的组织和综合力学性能材有利于拉拔，因此，对SWRH82B盘条的索氏体含量有一定的要求，一般索氏体含量应达到80％以上^[1]，盘条组织不均匀，局部珠光体粗大，索氏体含量少，直接降低了材料的塑性。索氏体含量局部不均匀也易造成线材在多次拉拔过程中由于组织受力不均从而引起断裂。

2．3  网状碳化物引起的断裂

二次渗碳体在奥氏体晶界优先析出、长大并形成网状，这样的组织结构在外力的作用下首先在晶界形成微裂纹，随着外力的增强，裂纹迅速扩展，直至裂断。钢的成分、终轧温度和冷却速率不同，网状碳化物的网络粗细及连续程度也不同，终轧温度越高，轧后的冷却速度越慢，网状碳化物的析出越严重^[2]。若吐丝后盘条冷却条件不佳，盘条堆积过密，在盘条重叠处温度较高，冷却速度慢，导致奥氏体中的渗碳体过早地沿晶界析出，滞留时间越长渗碳体析出越多。

SWRH82B盘条为过共析钢。若盘条轧制以后冷却速度较慢，就会沿奥氏体析出网状渗碳体。这样的组织在外力的作用下首先在晶界形成微裂纹，随着外力的增强，裂纹迅速扩展直至断丝，图5给出了这类断烈的实例。

2．4  非金属夹杂物引起的断裂

非金属夹杂主要指硫化物、氧化铝、硅酸盐类夹杂、及大颗粒等夹杂，(见图6)夹杂物级别超标对拉拔非常不利，因为Al₂O₃等夹杂物硬度较高，塑性比基体差，在拉拔、捻制过程中，此类夹杂物不能随钢丝基体同时变形，导致局部应力集中，失去流动性而断裂，断口形状多为“一尖一窝”与斜茬状。所以在冶炼过程中控制钢中夹杂物的尺寸及形貌尤为重要。

研究表明，当采用国内常用的Al-Fe脱氧剂时，钢中夹杂物中Al₂O₃含量为60％～90％，此时极易产生熔点很高、形态不规则、棱角分明的大型脆性夹杂物，这种夹杂物由于塑性比基体小，在拉拔过程中不能与基体同步变形，导致盘条断裂。为尽可能避免生成脆性夹杂物，对高碳钢而言，一方面，可以改变转炉终脱氧剂，不采用铝脱氧；另一方面，在精炼过程中避免铝脱氧，通过控制(Al₂O₃)含量来改变夹杂物的形态。

2．5  O、N、H等气体元素引起的断裂

O、N、H等气体元素会造成盘条的实效硬化，降低盘条的塑性和韧性，在冬季和春季气温较低的时段内，有害气体更难以从盘条基体中溢出，增加了钢丝在拉拔时产生脆断的频率。

对微观断口观察，可见在断裂源和裂纹扩展区均呈现明显的氢脆特征(见图7)，

2．6  拉拔工序不当引起的断裂

拉丝模严重磨损，孔型不圆、欠酸洗造成磷化效果不好，模具冷却或润滑不好等拉拔原因都能导致断裂，断口多为斜劈状。拉拔过程中产生的轴向力与拉丝模的中心线不对正而引起盘条四周受力不均，情况较轻时盘条的一个侧面的磷化膜会被刮下，出现细小裂纹，如此时拉丝模磨损严重，则会导致盘条孔型不圆，出现盘条从中间劈裂的现象。

3  结论

造成SWRH82B盘条拉拔断裂的原因主要由盘条的表面缺陷、内部缺陷、网状碳化物、非金属夹杂物、O、N、H等气体元素等原因引起的。

成品表面缺陷与内部缺陷源于铸坯在二冷区局部冷却过激和表面渣坑轧制引起的。在冶炼和轧制工艺上采取适当措施可降低断口发生几率；

网状碳化物的消除方法是尽量降低钢的偏析程度，加快奥氏体在A_cm～A_r1之间的冷却速度，采取较低的终轧温度。