45#硬线拉拔断裂分析

45#硬线拉拔断裂分析

0硬线拉拔断裂的影响前线材料是指以线条为原料的深度产品。广泛应用于煤矿、冶金、机械、建筑、石油、铁路、航空等领域。这种类型有很多。拉拔是线材制品生产中最重要的工序之一。盘条拉拔过程中常发生断条现象,不仅影响了拉丝生产效率,增加了生产成本和降低了经济效益,更重要的是降低了钢丝质量,因此要求盘条应具有良好的拉拔性能。影响硬线拉拔断裂的原因有多种,本文针对45#硬线钢在拉拔时发生断裂的原因进行研究,提出了改善其拉拔性能的措施。145#硬线钢生产工艺及试验方法1.1硬线冷拉拔工艺45#硬线生产工艺流程:铁水脱硫→转炉冶炼→LF精炼→连铸方坯(150mm×150mm)→步进式加热炉加热→高压水除鳞→30架轧机连轧→吐丝→斯太尔摩冷却→集卷→PF运输线→检验→成品入库,其中线材轧制规格为Φ6.5mm。45#硬线通常作为金属制品行业深加工原料,用户采用冷拔变形方法,利用钢的加工硬化特点来获得高强度的钢丝及其制品。45#硬线冷拉拔工艺:Φ6.5mm→Φ6.1mm→Φ5.7mm→Φ5.1mm→Φ4.6mm→Φ4.1mm→Φ3.8mm。盘条拉拔到Φ4.6mm时容易发生断裂。1.2断裂方向上,盘条拉拔断口为斜劈状断口,线材经过49.9%减面率变形后出现拉断,断裂方向呈约45°角,从边部向中心延伸。发生断裂盘条直径一端为4.6mm,一端为5.1mm,断口附近盘条表面一侧分布着多条横向裂纹,与盘条纵向成一定角度,裂纹形状不规则,如图1所示。1.3金相组织、组织、酸相组织、酸相组织、掺杂物、表面酸质检验在拉拔断裂盘条同卷未拉拔部分取样,进行成分、气体含量、金相组织、夹杂物、表面酸洗检验。用金相显微镜和扫描电镜对拉拔断口及盘条表面横裂纹进行观察分析。2样本分析2.1原盘条加工后的晶粒尺寸(1)盘条成分及气体检验表1为45#硬线钢盘条成分及气体含量。盘条成分均符合GB/T699要求,钢中有害元素硫、磷含量及氮、氢含量均较低,氧含量较高。(2)盘条组织检验体,网状铁素体含量较多;珠光体团晶粒尺寸不均匀,大的晶粒尺寸在60μm以上,部分晶粒大于100μm,较小晶粒尺寸小于30μm,晶粒尺寸差异很大。由图2可见,45#盘条组织为珠光体+网状铁素(3)夹杂物检验用线切割将原盘条垂直于横截面方向剖开,制成金相试样。经过磨制、抛光处理,在光学显微镜100倍下观察,发现钢中存在大量夹杂物。按照标准GB/T10561规定评级,B类夹杂物为1.5级,C类夹杂物为3.0级,见图3。(4)盘条表面酸洗检验将盘条放在温度为80℃的50%盐酸溶液中浸泡30min后取出,用电吹风吹干盘条表面酸液,未发现盘条表面有划伤、折叠、裂纹等表面缺陷。2.2缺陷物能谱分析用线切割沿垂直裂纹方向将盘条切开,制成金相试样。在金相显微镜下观察裂纹在盘条中的方向与形貌,如图4所示。由图4可见,裂纹从表面裂开,向内部扩展,根部尖锐,裂纹附近存在多处链状夹杂物,夹杂物尺寸超过0.1mm。对夹杂物用能谱进行成分分析,夹杂物成分为Ca、Al、Si及少量的Na、Mg元素,如图5所示。用4%硝酸酒精溶液浸蚀试样,观察金相组织,裂纹两侧没有脱碳,排除了铸坯裂纹的可能性。结合原盘条及拉拔断口检验,盘条表面裂纹形成于拉拔过程中。3分析与讨论3.1表面改性的抗拔力试样分析结果表明,原盘条的非金属夹杂物含量高,尤其是脆性夹杂物B(氧化铝)类和C(硅酸盐)类夹杂物级别较高,同时盘条中含有少量卷渣(Na、Mg为炉渣元素)。集中在盘条近表面的夹杂物对拉拔工艺的危害很大,由于非金属夹杂物同基体金属的弹性、塑性有相当大的差别,所以在拉拔变形时夹杂物不能发生相应的变形,这样在它的周围就产生越来越大的应力,使夹杂物和基体的界面产生微裂纹;随着变形的不断进行,微裂纹不断发展成空洞,破坏了基体的连续性,造成应力集中。一旦局部应力超过盘条表面强度盘条就会出现裂纹,在进一步拉拔时裂纹继续受力、扩大,直至断裂盘条组织中大量网状铁素体存在会降低其强度,不同尺寸晶粒在拉拔过程中不能协同变形,易在局部产生应力集中,增加材料内部产生微裂纹机率,微裂纹产生后继续扩展而引起盘条拉拔断裂。3.2检查病物的种类和级别为了提高45#硬线钢拉拔性能,需要改善夹杂物的种类和级别,尽可能消除B类、C类夹杂物;改善盘条组织,细化珠光体团,消除或减少网状铁素体。3.2.1拉拔断裂45#硬线盘条加工工艺的改进措施中高碳钢盘条中非金属夹杂物按其形成原因可以分为2大类:外来夹杂物和内生夹杂物。外来夹杂物来源主要有2个途径:在冶炼出钢及浇铸过程中,卷入的炉渣及耐火材料等;与炼钢原材料同时进入炉中的非金属夹杂物。内生夹杂物来源主要有以下几个途径:转炉冶炼后吹;中间包材质的影响;脱氧剂、合金添加剂与钢中元素化学反应的产物,在钢凝固前未浮出而残留在钢中从盘条夹杂物成分分析结果可知,拉拔断裂45#硬线盘条中既有内生的B类、C类内生夹杂物,也有炉渣卷入的外来夹杂物。为了减少钢中夹杂物,对冶炼工艺从以下方面改进:(1)提高转炉高拉碳率,降低终点钢水氧含量,尽量减轻后吹程度。从理论和实践的角度看,终点碳含量或钢水的氧位是决定一次夹杂物数量的主要因素,因而减轻后吹程度对钢的洁净度和减少夹杂物是最有效的措施,要求冶炼终点[C]控制在0.37%~0.42%范围。(2)出钢时采用双挡渣操作,抑制或消除出钢过程下渣,如有下渣,在精炼前进行扒渣处理。(3)采用低铝硅铁、硅钡钙脱氧,而不能用铝或含铝较高的合金进行脱氧,以防止钢中形成高熔点的Al(4)优化LF炉精炼过程中的造渣工艺,钢水进站化渣。根据渣况加白灰、石英砂、碳化硅等渣料造白渣,白渣时间大于20min,待成分、温度合格后,喂硅钙线处理,喂线后净吹时间大于15min,净吹时严禁裸露钢液面。(5)钢坯连铸时,大包至中间包采用长水口保护浇铸,并增加氩封保护,中间包至结晶器采用整体水口,减少二次氧化及钢液吸氮。中间包钢水重量不低于20t,并保持液面稳定,防止液面波动卷渣或下渣。3.2.2盘条控轧控冷工艺的调整盘条金相组织主要由化学成分和控轧控冷工艺决定。在拉拔断裂处取样检验,未发现成分异常,因此对盘条的控轧控冷工艺进行调整,将盘条精轧温度降到900~920℃,吐丝温度840~860℃,充分细化相变前奥氏体晶粒;增加风机风量,使盘条轧后快速冷却到索氏体转变温度范围,同时通过佳灵装置调整风机开口度,使盘条冷却更加均匀,从而改善盘条的金相组织。3.3金相组织的消失工艺改进后,对45#硬线盘条试样进行检验:钢中氧含量降到8~15ppm,氮含量降到24~35ppm;B类、C类夹杂物消失,A类夹杂物为0.5~1.5级,D类夹杂物为0.5~1.0级;金相组织为珠光体+索氏体+少量铁素体组织,全网状铁素体消失,珠光体团尺寸均匀,晶粒度达到7.0~8.0级。盘条拉拔到Φ3.8mm断丝率不足1.5%。4金盘条拉拔断裂率低45#硬