圖 1 盤條斷口處的宏觀形貌
分享：預應力鋼絞線用YL82B鋼冷拉斷裂原因
采用YL82B高碳鋼盤條制作的鋼絞線具有較高的強度和優(yōu)越的低應力松弛性能,廣泛用于石油化工、橋梁和高層建筑等領域[1-2]。
某鋼廠生產(chǎn)的預應力鋼絞線用YL82B鋼在下游冷拉過程中多次出現(xiàn)斷裂情況。該鋼的下游加工工藝為：開卷放線→端部對焊→機械剝殼→表面潤滑→拉拔→合股。筆者采用一系列理化檢驗方法分析了該盤條冷拉斷裂的原因,以避免該類問題再次發(fā)生。
1. 理化檢驗
1.1 宏觀觀察
圖1為盤條斷口處的宏觀形貌。由圖1可知：筆尖狀和喇叭狀斷口的裂紋源位于試樣中心,在斷口上未發(fā)現(xiàn)微裂紋等其他缺陷；平斷狀和斜狀斷口的裂紋源位于試樣邊部,且試樣邊部所在表面存在明顯摩擦、磕碰和對焊結疤等損傷痕跡,甚至存在橫裂現(xiàn)象。
1.2 化學成分分析
在盤條斷口附近截取試樣,其中試樣1~2的取樣位置為筆尖狀、喇叭狀斷口處,試樣3~7的取樣位置為平斷狀、斜狀斷口處,對試樣1~7進行化學成分分析,結果如表1所示。由表1可知：試樣的化學成分滿足技術要求。
Table 1. 斷裂試樣的化學成分分析結果
| 項目 | 質(zhì)量分數(shù) | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| C | Si | Mn | p | S | Cr | |
| 試樣1實測值 | 0.82 | 0.16 | 0.71 | 0.012 | 0.010 | 0.21 |
| 試樣2實測值 | 0.81 | 0.15 | 0.72 | 0.012 | 0.011 | 0.20 |
| 試樣3實測值 | 0.83 | 0.16 | 0.71 | 0.011 | 0.013 | 0.20 |
| 試樣4實測值 | 0.82 | 0.17 | 0.70 | 0.013 | 0.012 | 0.21 |
| 試樣5實測值 | 0.82 | 0.16 | 0.72 | 0.012 | 0.013 | 0.23 |
| 試樣6實測值 | 0.81 | 0.18 | 0.73 | 0.011 | 0.010 | 0.22 |
| 試樣7實測值 | 0.82 | 0.16 | 0.72 | 0.012 | 0.013 | 0.21 |
| 技術要求 | 0.80~0.85 | 0.15~0.25 | 0.65~0.75 | ≤0.025 | ≤0.020 | 0.20~0.25 |
1.3 金相檢驗
在筆尖狀、喇叭狀斷口處分別截取橫向和縱向試樣,對試樣進行金相檢驗,結果如圖2所示。由圖2可知：橫向試樣中心位置和縱向試樣斷口位置均未發(fā)現(xiàn)非金屬夾雜物聚集等明顯缺陷；腐蝕后試樣的組織為索氏體+珠光體+鐵素體+滲碳體,橫向試樣中心位置存在嚴重的網(wǎng)狀滲碳體；縱向試樣組織均沿變形方向分布,并存在大量片層較厚的珠光體。
圖 2 筆尖狀、喇叭狀斷口處橫向和縱向試樣的金相檢驗結果
在平斷狀和斜狀斷口邊部裂紋源處截取縱向試樣,對試樣進行金相檢驗,結果如圖3所示。由圖3可知：試樣大部分無明顯缺陷,少部分存在與邊部成45°且內(nèi)部無氧化等缺陷的裂紋；腐蝕后試樣基體組織均正常,為索氏體+珠光體+鐵素體+滲碳體,在裂紋源所在邊部存在白亮色帶狀組織、分布有裂紋的深色帶狀組織、附帶裂紋的正常組織、白亮點狀組織和回火馬氏體+殘余奧氏體等,其中白亮色帶狀組織為馬氏體。
圖 3 平斷狀和斜狀斷口處縱向試樣的微觀形貌
2. 綜合分析
在對YL82B鋼盤條進行冷拉時,盤條斷口呈筆尖、喇叭狀,說明材料的強度較低。通常情況下,在熱軋后需要采用提高冷卻速率的方法,使盤條中片層較薄的索氏體含量不少于85%,以提高材料強度,但斷裂試樣中含有大量片層較厚的珠光體,材料中片層狀鐵素體區(qū)域面積變大,相界面面積減小,使得界面片層狀的滲碳體對位錯運動的阻力減小,導致材料塑性變大、強度變小。材料中含有較多的珠光體,表明熱軋后冷卻速率較慢。通過現(xiàn)場排查發(fā)現(xiàn),在盤條搭接點存在冷卻緩慢的現(xiàn)象。筆尖狀、喇叭狀斷面的橫向中心位置只含有少量網(wǎng)狀滲碳體,表明網(wǎng)狀滲碳體產(chǎn)生的主要原因是鋼坯存在嚴重的中心偏析,而不是冷卻速率較慢,且嚴重的網(wǎng)狀滲碳體割裂了組織之間的聯(lián)系,促使材料發(fā)生斷裂現(xiàn)象。
平斷狀、斜狀斷口產(chǎn)生的主要原因是拉拔工藝不當,如氧化皮清理不干凈、潤滑不到位等,導致材料出現(xiàn)磕碰和對焊不規(guī)范等問題。在拉拔時,氧化皮發(fā)生松動和潤滑不當會使材料表面的摩擦系數(shù)增大,出現(xiàn)過熱現(xiàn)象,導致材料表面的強度降低,且材料燒傷后會產(chǎn)生白亮的淬火馬氏體,最終導致材料表面開裂。材料表面發(fā)生嚴重磕碰會使其局部溫度瞬間上升,且鋼的導熱速率較快,在局部形成淬火,產(chǎn)生白亮色帶狀馬氏體。當進行端部對焊時,對焊操作不規(guī)范會使接頭部位液滴飛濺至表面,使材料表面形成點狀燒傷、結疤等缺陷,且焊后未及時正火,最終導致材料出現(xiàn)馬氏體,馬氏體硬而脆,在對盤條進行拉拔時,其邊部產(chǎn)生微裂紋,最終導致盤條斷裂。
3. 結論及建議
預應力鋼絞線用YL82B鋼冷拉斷裂的斷口形貌呈筆尖狀、喇叭狀和平斷狀、斜狀。筆尖狀、喇叭狀斷口的產(chǎn)生原因為熱軋后冷卻速率較慢,使珠光體相變增多,材料的強度變小,同時中心碳偏析使材料形成嚴重網(wǎng)狀碳化物,最終導致盤條斷裂；平斷狀、斜狀斷口的產(chǎn)生原因為材料表面發(fā)生磕碰,冷拉時氧化皮去除不干凈、潤滑不當?shù)纫蛩厥共牧系哪Σ料禂?shù)增大,且對焊不規(guī)范使材料發(fā)生點狀燒傷,加上焊后未及時正火,最終導致盤條斷裂。
建議適當增大二次冷卻強度,并采用結晶器+二冷區(qū)+凝固末端組合式電磁攪拌技術,以減輕連鑄坯中心偏析程度?？刂骑L冷輥道的運行速率,以減小盤條的堆疊程度。提升輥道風機的供風能力,加快盤條搭接點的冷卻速率。加強盤條裝卸、運輸?shù)墓芾?防止產(chǎn)生磕碰、擦傷問題。
文章來源——材料與測試網(wǎng)
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