帘线盘条拉拔中酸槽爆裂原因分析与改进*

2016-09-23王小忠

现代冶金 2016年3期

关键词：槽体盘条剥壳

王小忠，熊　鑫

(江苏永钢集团有限公司，江苏张家港　215628)

帘线盘条拉拔中酸槽爆裂原因分析与改进*

王小忠，熊鑫

(江苏永钢集团有限公司，江苏张家港215628)

通过化学分析、金相检验、能谱分析和硬度检测等方法，分析了盘条表面缺陷及喷吹槽的成分、组织，找出引起酸洗槽爆裂的原因，并采取有效措施，避免了类似事故的发生。

帘线钢；酸洗槽；不锈钢；喷吹槽

引言

帘线钢盘条用于生产轮胎子午线，在现代工业生产中广泛使用，盘条的规格一般为Φ5.5 mm，经过多道拉拔和变形，最终使用尺寸为Φ0.15～0.38 mm。

轮胎子午线的生产工艺如下：母材机械剥壳去皮(4道轮子)→酸洗→硼化→拉拔至Φ2.4～3.2 mm(一般经5道拉拔)→二次拉拔至Φ0.8～1.95 mm→镀铜→热处理(铅浴、水浴、沙浴)→拉拔至Φ0.15～0.38 mm→绞股→层绕→包装[1]。盘条在粗拉前需经机械剥壳和酸洗，在剥壳与酸洗工序之间，盘条需经过孔径约为6 mm的喷吹槽，将剥壳后沾附在盘条表面的细小铁屑进行清扫，以保证酸洗效果。

某厂家使用80级帘线钢在拉拔过程中出现酸洗槽爆裂的事故；该剥壳、酸洗作业为连续的在线生产，由于盘条卡死在喷吹槽中，在受力状态下盘条断裂并冲击后道的酸洗槽，导致其爆裂，造成了较大的经济损失。

1　爆裂原因分析

1.1盘条表面凸起缺陷形貌分析

从喷吹槽槽孔中取出的盘条表面一侧有连续分布的凸起缺陷，在图1中所示位置分别截取横、纵截面试样，用ZEISS imager M2m金相显微镜对所取试样进行观察：

图1　横、纵截面取样位置

(1)未腐蚀前，凸起部位与原始母材在显微镜下存在明显色差，可确定是包裹在母材表面的其他异金属，两者之间结合紧密，结合部位未观测到氧化铁，且发现样品表面白亮区域实际均为异金属包裹，如图2，3所示。

图2　横截面凸起部位微观形貌(50×)

图3　纵截面凸起部位微观形貌(100×)

(2)使用4%的硝酸酒精腐蚀后观察，异金属与母材组织的差异更为明显，异常物质经腐蚀后无法观察到基体组织形貌，在母材基体和异常物质接触区域存在组织形变，母材基体其他位置组织正常，以索氏体为主，如图4，5所示。

根据观察到的现象，使用ZEISS SUPRA 55型扫描电镜和OXFORD AZTEC X-MAX50型能谱仪分析表面异常金属的成分，确定该物质为高Cr和高Ni的不锈钢材质，分析结果如表1和图6所示。

图4　横截面腐蚀后组织(100×)

图5　纵截面腐蚀后组织(100×)

w(C)w(Si)w(Cr)w(Mn)w(Fe)w(Ni)总量3.360.6717.820.2769.858.04100

图6　异常金属能谱分析结果

1.2喷吹槽体组织结构分析

喷吹槽槽体由两部分组成，通过螺纹连接。但该事故喷吹槽的螺纹部位已失效，已无法紧密连接(如图7所示)；槽体内侧的进口部位有多条磨光的沟痕，沟痕深度和尺寸经比对与盘条一致，沟痕内颜色白亮，与未磨光部位区别明显，其中一条沟痕已磨穿，槽体的端部也有磨损痕迹，如图8所示。

图7　喷吹槽整体

图8　槽体内侧磨损情况

在槽体的前、后两个部位取样，使用能谱定性分析，结果与盘条表面沾附的不锈钢成分基本一致，为高Cr和高Ni的不锈钢材质，分析结果如表2所示。

表2　槽体两部位能谱分析结果/%

1.3不锈钢组织形貌对比分析

根据以上金相和能谱的分析结果，重新配制Cu2SO4溶液对喷吹槽和盘条外侧沾附的异金属进行腐蚀[2]，并在显微镜下观测其组织形貌，两者均为奥氏体，组织形貌一致，如图9,10所示。在与盘条接触较为紧密的位置，外侧的不锈钢形变十分严重，如图11所示。

图9　槽体基体组织形貌(500×)

图10　盘条表面附着金属组织形貌(500×)

图11　不锈钢严重形变(500×)

1.4盘条与喷吹槽硬度对比

使用洛氏硬度计检测槽体和盘条基体横截面硬度，结果如图12, 13所示，盘条硬度为103.8HRB，而槽体的硬度为87.3HRB，盘条硬度明显高于槽体。

图12　盘条基体硬度

图13　槽体基体硬度

2　分析和讨论

1)分布于盘条表面的宏观缺陷非母材本身自带，而是沾附了其他金属，且经能谱确认，沾附的金属应为不锈钢，其成分与喷吹槽槽体成分基本一致；

2)在沾附有不锈钢的盘条表面观察到明显的形变组织，该形变组织为低温下发生形变时产生，在盘条干拉过程中因润滑不良而时常产生，故盘条与异金属在接触过程中受到了类似的摩擦力而形成形变组织，形成温度较低；

3)在异金属与盘条表面分界处未观察到氧化铁皮，可知其沾附在盘条表面时，盘条表面并没有被氧化，故猜测不锈钢沾附的位置应该是在剥壳后或形成氧化铁皮前，但如是在形成氧化铁皮之前沾附，其一，轧制过程中盘条接触的设备无不锈钢材质；其二，盘条未形成氧化铁皮前温度在900 ℃以上，盘条表面无法形成观察到的形变组织，故不锈钢沾附的位置应是在剥壳之后；

4)观察喷吹槽槽体可知，进口部位内侧有多道沟痕，应是在拉拔过程中长期与盘条摩擦所致，其中一条沟痕已磨穿，但还原槽体，进口部位应是和后侧的槽体通过螺纹相连的，应不会与盘条之间产生接触，故猜测进口部位的槽体已与后侧脱离，且长期单挂在盘条上与盘条之间摩擦，该槽体长期保持分离

状态，未及时进行维修；硬度的检测值显示，槽体的硬度相对于盘条是偏低的，即使长期处于该状态下，也并未对盘条形成明显影响；

5)外侧异金属变形较小区域的基体组织与喷吹槽槽体一致，硬度较槽体略高，但从严重变形区域的硬度分析，这与形变的程度不一有关，而外侧包裹的不锈钢大部分变形是比较严重的，故在沾附过程中应是受到了很大的挤压和摩擦，这与盘条表面形变组织相对应。

综上所述，本次酸洗槽爆裂的事故原因与母材表面缺陷并无联系，应是由不锈钢喷吹槽槽体年久失修、损坏严重有关。