82B线材除氧化铁皮过程断裂分析

赵新成，杨文涛，张　颖

（陕钢集团汉中钢铁有限责任公司， 陕西　汉中　724200）

82B线材除氧化铁皮过程断裂分析

赵新成，杨文涛，张颖

（陕钢集团汉中钢铁有限责任公司， 陕西汉中724200）

通过断口宏观形貌分析、断口成分分析、能谱分析、金相分析，研究探讨82B盘条除氧化铁皮过程断裂原因。研究结果显示：断口呈人字型花纹；出现断裂的原因为盘条边部存在级别较高的夹杂物。此结果可为82B线材除氧化铁皮过程断裂分析提供理论依据。

82B除氧化铁皮断口人字型花纹

82B线材经拉拔、绞线后可制作预应力钢丝钢绞线，广泛用于大型建筑、桥梁、水利设施等重点工程，市场需求量越来越大。要求82B具有稳定的化学成分、纯净的钢质、良好的力学性能。82B线材在拉拔时首先要除去自身氧化铁皮，近年来随着环保要求越来越严，部分企业选择机械除氧化铁皮的方法[1]。本公司生产82B线材以来，在下游拉拔除氧化铁皮过程中出现多次断裂。为改进产品质量，对断裂试样进行了相关的理化检测，找出断裂的原因。

1　断口宏观形貌

Φ6.5硬线在除磷过程中断裂，断口形貌如图1所示。

图1　断口宏观形貌

2　断口成分

取两组断口试样进行光谱分析，成分见表1，未出现成分超标。

3　金相分析

分别对1号、2号断口试样附近横截面处进行金相组织和夹杂物分析，1号试样结果见图2，由图2-1可以看出基体组织为铁素体+珠光体+索氏体，索氏体含量（体积分数）约为91%；从图2-2可以看出基体中心位置存在马氏体，马氏体级别为2.0级。2号试样结果见下页图3，由下页图3-1可以看出基体组织为铁素体+珠光体+索氏体，索氏体含量（体积分数）约为90%；从由下页图3-2可以看出中心位置无网状渗碳体和马氏体。

表1　断口成分　%

图2　1号试样金相组织和夹杂物

4　显微分析

分别对1号、2号断口试样做扫描电镜分析和能谱分析，结果见下页图4、图5。从下页图4-1和可以看到1号断口试样呈人字型花纹，为脆性断裂[2]，裂纹源在人字型花纹尖端，裂纹源如图所标处；下页图4-2为断口裂纹源位置的断口形貌，可以看出存在夹杂物，对029、031两处经能谱分析后，如下页图4-3、图4-4所示，29处为硅钙氧化物类夹杂，30处为硅铝氧化物类夹杂。图5与图4一致，5-3为043处能谱分析结果，夹杂物为氧化硅类夹杂。

图3　2号试样金相组织和夹杂物

图4　1号试样扫描电镜分析和能谱分析

5　分析与讨论

从金相图分析可以知道1号试样心部有马氏体，2号试样心部无马氏体，索氏体化率较高。经过研究得出，马氏体是中高碳线材拉拔笔尖状断裂的主要原因之一[3-6]。在拉拔过程中表层金属变形大，芯部金属变形小，当拉拔变形到一定程度，超过材料的强度极限时，只能以中心裂纹的形成来达到力的平衡和顺应速度场的变化。表层金属既要沿轴向流动，又要向心部流动，而且还要受到模孔的摩擦阻碍，因此导致表层金属沿轴向的流动始终滞后于芯部金属。这种金属的不均匀流动而引起的附加应力使得中心裂纹逐步呈形扩展，断裂后呈现笔尖状的形貌特征。心部马氏体并非裂纹源在断口表层附近的脆性断裂的原因。

图5　2号试样扫描电镜分析和能谱分析

SEM图片看到两个断口均呈人字型花纹，裂纹源位于人字型花纹顶端，均为脆性断裂。金属材料中晶界、相界、孪晶界、夹杂物等处容易使位错运动受阻，由积塞位错造成的应力产生裂纹源，在外力的作用下促使裂纹的扩展，最终导致材料断裂[2]。从裂纹源附近SEM图片中看出存在较大颗粒的夹杂物，从图5-2可知道夹杂物级别在几十微米数量级。经过能谱分析夹杂物的成分知道夹杂物为硅钙混合氧化物类、硅铝混合氧化物类以及氧化硅类夹杂。由以上分析可知在除氧化铁皮过程中，在外力作用下裂纹源先从夹杂物处产生，然后迅速扩展，最终导致断裂。

6　结论

82B线材在除氧化铁皮过程中出现的断裂为脆性断裂，呈人字型花纹，原因为钢材内部存在较大尺寸的氧化物类夹杂物所致。

[1]程时，任勇，陈革，等.高碳钢盘条表面氧化铁皮机械剥离性实验研究[J].上海金属，2014（2）：31-34；39.

[2]崔约贤.金属断口分析[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2006.

[3]李海刚，房厦，王忠伟，等.82B线材拉拔断裂笔尖状形貌成因分析[J].金属制品，2010（5）：66-68；83.

[4]孙杰，刘礼华，程晓农，等.82B盘条断裂形式及原因分析[J].金属制品，2012（1）：61-64.

[5]罗丽梅.65钢拉拔杯锥状断裂原因分析[J].物理测试，2012（3）：53-56.

[6]龚桂仙，韩荣东，许竹桃.硬线盘条笔尖状断口断裂分析[J].武钢技术，2005（3）：1-4.

（编辑：王慧芳）

Fracture Analysis on Breaking of 82B Steel Rods during Dephosphorization

ZHAO Xincheng，YANG Wentao，ZHANG Ying
（Hanzhong Iron&Steel Co.，Ltd of Shaan Steel Group，Hanzhong Shaanxi 724200）

The fracture of 82B steel rods during dephosphorization was analysed by fracture surface composition analysis，macro analysis，energy spectrum analysis and metallographic analysis.The fracture shows herringbone pattern. High level of inclusions were the main reason resulting in fracture of the steel rods.This result can provide theory to 82B steel rods during dephosphorization.

82B，dephosphorization，fracture，herringbone pattern

TG333

A

1672-1152（2016）04-0015-02

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2016.04.06

试（实）验研究

2016-06-18

赵新成（1977—），男，本科，助理工程师，从事冶金节能及生产管理工作。