摘 要:YL82B盤條經(jīng)過20d自然時效后進(jìn)行拉伸試驗,試樣斷口表現(xiàn)為黑心白點的平齊斷口。 通過化學(xué)成分分析、金相檢驗及斷口宏微觀分析等方法對出現(xiàn)該斷口的原因進(jìn)行了分析。結(jié)果表明: YL82B盤條黑心白點平齊斷口形成的主要原因是試樣中心存在網(wǎng)狀滲碳體或馬氏體,部分存在大顆 粒狀夾雜物。這些網(wǎng)狀滲碳體、馬氏體或大顆粒夾雜物是導(dǎo)致斷面收縮率不合格的主要原因。
關(guān)鍵詞:YL82B盤條;網(wǎng)狀滲碳體;馬氏體;夾雜物
中圖分類號:TG115.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B 文章編號:1001-4012(2021)12-0068-03
YL82B盤條作為制造高強度、低松弛預(yù)應(yīng)力混 凝土結(jié)構(gòu)用鋼絲和鋼絞線的主要材料,具有均勻的 顯微組織、較高的索氏體化率、良好的力學(xué)性能和深 加工性能等[1-3],被廣泛用于國家基礎(chǔ)設(shè)施中。某企 業(yè)生產(chǎn)的?12.5mm的 YL82B盤條,經(jīng)過自然時效 20d后進(jìn)行拉伸試驗,出現(xiàn)黑心白點脆性平齊斷 口,斷面收縮率不合格。為找出該 YL82B盤條拉伸 試驗后出現(xiàn)黑心白點平齊斷口的原因,對其進(jìn)行了 一系列檢驗和分析,以期提高產(chǎn)品質(zhì)量。
1 理化檢驗
1.1 化學(xué)成分分析
采用直讀光譜儀對 YL82B黑心白點平齊斷口試樣進(jìn)行化學(xué)成分分析,結(jié)果見表1,可見其化學(xué)成 分均滿足內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)。
1.2 金相檢驗
對YL82B黑心白點平齊斷口試樣進(jìn)行金相檢驗 和非金屬夾雜物分析,結(jié)果見表2?？梢?組試樣的 索氏體含量均滿足內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)(≥85%(面積分?jǐn)?shù)))要 求,但 網(wǎng) 狀 滲 碳 體 級 別 均 大 于 內(nèi) 控 標(biāo) 準(zhǔn) 最 高 限 (≤2級),1號和2號試樣存在中心馬氏體1.0級,符 合要求(≤2級)。另外,在這3組試樣中均沒有發(fā)現(xiàn)明顯脫碳層,而且這3組試樣晶粒度都是7.0級。
縱截面非金屬夾雜物結(jié)果見表2,可見盤條內(nèi) 主要存在的都是 C類(硅酸鹽類)夾雜物[4],其中3 號試樣存在超長硅酸鹽類夾雜物。
較高的索氏體含量使 YL82B盤條具有良好的 綜合力學(xué)性能,但網(wǎng)狀滲碳體和馬氏體屬于脆性組 織,對于盤條鋼而言是一種缺陷組織。2號試樣的 網(wǎng)狀滲碳體及馬氏體組織形貌如圖1和圖2所示。 網(wǎng)狀滲碳體具有分割晶粒、消弱晶粒與晶粒之間結(jié) 合力的作用,在拉伸試驗中,脆性的網(wǎng)狀滲碳體處易 形成裂紋并擴(kuò)展,使 YL82B盤條塑性下降并發(fā)生脆 斷[5]。馬氏體是一種硬而脆的組織,也會使鋼的塑 性顯著降低,雖然1號和2號試樣的馬氏體級別不 高,但在拉伸試驗的過程中馬氏體對脆斷的發(fā)生起 著助推作用。網(wǎng)狀滲碳體和馬氏體的產(chǎn)生都與中心 成分偏析和軋制控制冷卻有關(guān),因此,可以通過降低 連鑄坯中心成分偏析和控制軋制的吐絲溫度和冷卻 速度,減少網(wǎng)狀滲碳體和馬氏體的形成[6-7]。
3號試樣的網(wǎng)狀滲碳體和非金屬夾雜物(硅酸 鹽類)級別較大,在 YL82B盤條拉伸試驗過程中,3 號試樣的網(wǎng)狀滲碳體和非金屬夾雜物起協(xié)同作用, 造成了試樣的脆斷。
1.3 斷口分析
1.3.1 斷口宏觀分析
這3組 YL82B盤條黑心白點平齊斷口試樣的 宏觀形貌如圖3所示,可見斷口都沒有明顯縮頸,黑色纖維區(qū)較小,在纖維區(qū)中央都有一白點,放射區(qū)占 斷口較大面積,剪切唇較薄。一般情況下纖維區(qū)都 位于斷口的中央,但1號試樣黑色纖維區(qū)接近邊緣, 結(jié)合下面的能譜分析結(jié)果,筆者認(rèn)為造成這種現(xiàn)象 的主要原因是該處存在大顆粒狀夾雜物,導(dǎo)致拉伸 試驗過程中裂紋從該處產(chǎn)生。2號、3號試樣黑色纖 維區(qū)基本上都在中央,但可以看出圖3從左到右黑色 纖維區(qū)逐漸稍有增大,而纖維區(qū)越大說明塑性越好。
1.3.2 斷口微觀形貌及能譜分析
用掃描電鏡(SEM)和能譜儀(EDS)對3組斷口 進(jìn)行分析,結(jié)果見表3,可知1號和2號試樣都在白 點處發(fā)現(xiàn)了顆粒狀夾雜物。圖4是1號試樣白點處 夾雜物的能譜分析位置,表4是1號試樣白點處夾 雜物的能譜分析結(jié)果?？梢?號和2號試樣斷口夾雜物均為鋁鈣復(fù)合型硅酸鹽類夾雜物,3號試樣斷口 白點處未發(fā)現(xiàn)顆粒狀夾雜物。
2 分析與討論
大顆粒夾雜物有可能是卷入熔渣造成的,而夾 雜物與鋼基體結(jié)合不緊密,產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力,在拉伸試驗 過程中裂紋首先在夾雜物與鋼基體的周圍形成,并 導(dǎo)致盤條脆斷[6]。雖然1號試樣斷口和2號試樣斷 口都發(fā)現(xiàn)有顆粒狀夾雜物,但1號試樣斷口和2號 試樣斷口的夾雜物對脆斷的貢獻(xiàn)有所不同,顆粒狀 夾雜物對2號試樣的脆斷起輔助作用,而顆粒狀夾 雜物對1號試樣的脆斷起主要作用,因為如果是心 部的網(wǎng)狀滲碳體和馬氏體起主要作用,那么斷裂源 應(yīng)該在中心部位。另外,除了這3組試樣,筆者還對 其他的類似斷口試樣進(jìn)行了掃描電鏡觀察和能譜分 析,認(rèn)為如果斷口的黑心和白點出現(xiàn)在邊緣部位,那 么發(fā)現(xiàn)顆粒狀夾雜物的概率要大于在心部黑心和白 點處的。
3號試樣白點處并沒有發(fā)現(xiàn)夾雜物,這說明黑 心白點斷口的白點處并不一定有顆粒狀夾雜物,之所以會形成白點,這與4.0級的網(wǎng)狀滲碳體有關(guān)。 在拉伸試驗的過程中,裂紋首先會在網(wǎng)狀滲碳體與 基體交界處形成,試樣雖然經(jīng)過了20d自然時效但 仍然存在部分應(yīng)力,在這部分的應(yīng)力作用下,裂紋會 快速擴(kuò)展,致使這一區(qū)域較為平坦,反光能力強,顯示 為亮白色,等內(nèi)部應(yīng)力釋放后又會遵循正常的拉伸試 驗斷裂程序,呈現(xiàn)纖維區(qū),然后放射區(qū)再到剪切唇[8]。
3 結(jié)論及建議
YL82B盤條黑心白點平齊斷口形成的主要原 因是試樣中心存在網(wǎng)狀滲碳體或馬氏體,部分存在 大顆粒狀夾雜物。這些網(wǎng)狀滲碳體、馬氏體或大顆 粒夾雜物是導(dǎo)致斷面收縮率不合格的主要原因。
建議在盤條鋼的冶煉過程中優(yōu)化各個階段的工 藝參數(shù),使連鑄坯的中心碳偏析指數(shù)下降;通過控制 穩(wěn)定連鑄結(jié)晶器的液面,優(yōu)化脫氧工序,采用鋼水吹 氬等手段,減少大顆粒夾雜物的形成,從而減少此類 質(zhì)量事故的發(fā)生。
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