预应力钢绞线82B质量缺陷分析与改进措施

摘 要：82B是日本牌号，指的是含碳等于0.80%的优质碳素结构钢，机械性能优良，用作高强度预应力钢绞线的主要材料之一就是82B盘条，一般情况下直径12.5毫米预应力钢绞线在大型铁路、桥梁、公路、建筑、吊车梁中广泛应用。所以预应力钢绞线82B质量至关重要。但是实际情况中其预应力钢绞线82B由于表面质量差、碳偏析指数高的原因造成其拉拔断裂等问题，在强度、延展性、冷拔性方面都不尽人意，所以文章将采取金相检验方法分析原因，制定相应的对策。

关键词：金相检验方法分析原因；直径12.5毫米；金相检验方法；对策

1 钢中主要成分的作用

决定钢材生产冷却后组织和性能的主要元素是碳，在一定范围内，钢材随着含碳比重的加大，铁素体含量减少，珠光体含量增多，钢材强度加大。但是会出现明显的碳偏析现象，容易造成盘条中由于产生网状碳化物导致的拔丝断裂。锰元素可以用于提高钢材热轧后的强度和硬度，在含量适宜时，可以小幅度提高碳钢的坚固性、强度及耐磨损性，但是锰元素的偏析，容易在盘条生产轧制过程中产生心部马氏体组织，造成拉拔断。在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性，铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢、耐热钢的重要合金元素。特别是钒在82B中有着显著的效果，钒合成碳化物、氮化物等、其可以在高温条件下溶解，在低温凝固，可以通过工艺得到不同的质点用于阻止原始奥氏体在加热时长大，减少了钢材中的有害物质N、S等，可以用于改善盘条的断裂性。

2 预应力钢绞线82B质量缺陷分析

预应力钢绞线82B质量存在缺陷，使得直径12.5毫米的盘条被拉拔断。分析预应力钢绞线82B质量存在的缺陷，有助于找出相应的对策。所以首先先找出缺陷。

2.1 化学成分和纯度不过关

制作优良预应力钢绞线的基本保障是高质量的82B盘条。而高质量的的82B盘条需要化学成分均匀和高纯度的钢材。要求碳质量分数小于万分之三。不论是采用转炉冶炼还是使用电炉冶炼，82B盘条都需要使用炉外的精炼加工使得钢中的化学成分均匀，尽可能的净化钢中的杂质和有害气体。而在实际的82B盘条冶炼轧制过程中，存在大型夹杂物和脆性夹杂物以及有害气体，比如硫化锰、二氧化硫等可以变形塑性夹杂和少量的铝酸盐脆性夹杂使得82B盘条在加工过程中导致断丝。

2.2 表面质量

82b盘条在生产过程中要承受较大拉拔和扭转，可能造成82b盘条表面裂痕，结疤，折叠，耳子、擦伤等缺陷，这些缺陷又会造成拉拔断裂，而盘条的表面质量和坯料表面质量息息相关。因此坯料的检查、精整是必不可少的工序。而连铸稳定的钢液面控制、结晶器振动等参数的选择在一定程度上决定了82b连铸坯最主要的表面缺陷，如表面结疤，增碳等。所以这些参数的选择很重要。

2.3 内部质量

影响82B盘条拉拔性能的主要因素是钢坯内部质量，主要包括中心偏析、中心疏松和缩孔。首先分析碳中心偏析。碳中心偏析容易造成渗碳体在晶界的的聚集，从而影响了钢材质量的均匀性。其外在表现为82B盘条内部组织硬度不同，容易使盘条在拉拔和扭转过程中发生断裂。其次中心疏松和缩孔，主要危害在于中心疏松会造成钢坯内部强度低，缩孔在外力的作用下会造成应力集中使得82B盘条拉拔断裂，主要原因包括凝固晶桥、空穴效应，采用小方坯制作工艺来制作82B盘条，所以造成其压缩比例小，不能将铸坯中的疏松和缩孔最大程度上的压实。

3 采取金相检验方法分析原因

本文拟用金相检验方法检测出直径12.5毫米82B盘条组织结构和内部缺陷，包括显微状态下的非均匀性，首先采用低倍检验。

首先切取直径12.5毫米82B盘条的横向试样，检验面应垂直钢材的轧制方向。试样要经过粗磨、细磨、抛光、浸蚀，方法是采用酸浸法，即将打磨好的横截面浸泡在2%硝酸酒精溶液中20秒钟左右，然后用清水清洗其表面，最后再用酒精洗净、擦拭干净。试样浸蚀面使用肉眼、常规放大镜或体视镜进行分析检验。实验中需要注意的是：第一检验面朝下浸入浸蚀溶液中，但要防止其直接碰触容器底部；第二试样抛光面要完全浸入2%硝酸酒精溶液中；第三如果检测面出现污渍，要把样品重新抛光干净，然后再去重复浸蚀过程；第四可以适当延长时间以取得清晰可见的缺陷。

然后再采用高倍检验

直径12.5毫米82B盘条试样制备难度比较大，容易产生影响金属层、机械侧滑等，假象从而影响正常的金属金相组织分析。所以制备直径12.5毫米82B盘条试样需要做足以下几点：

（1）为了避免试样在砂轮打磨时磨面过热而导致金属组织发生变化，应当注意用水冷却试样。

（2）在使用砂纸磨光时，用力不能太大，不能来回磨，这是为了减少滑移现象的出现。

（3）在进行机械抛光这个步骤时，要使用磨光能力大、磨削性能好的金刚石研磨膏或金刚石喷雾剂。抛光实际和施加的压力要适度。试样要尽量保持稳定，避免出现多个细小抛光划痕，影响实验效果，注意保持粗呢织物和绒布的湿度，保持抛光水膜在5秒内消失。

要对抛光好的试样进行显微组织观察，需要进行化学浸蚀和电解浸蚀。常用的浸蚀酸溶液主要包括4%硝酸酒精、苦味酸等。比较常用的电解浸蚀溶液包括10%的草酸溶液和50%硝酸溶液。采用化学浸蚀会取得更好的效果，而且操作简单、用时少、效果好。比如使用4%的硝酸酒精溶液化学浸蚀时，需要条件是室温，大概需要10至20秒就可以得到清晰的金相显微组织。

由金相检验方法可知个别编号生产直径12.5毫米82B盘条，非金属夹杂含量偏高，尤其是脆性氧化铝的夹杂级数达到2.0级，给后来的精炼加工程序带来不利的影响，其他方面控制比较理想。

4 总结和改进措施

本文通过实际探索，针对预应力钢绞线82B的质量缺陷如化学成分和纯度不过关、表面质量（裂痕，結疤，折叠，耳子、擦伤等缺陷）、内部质量（中心偏析、中心疏松、缩孔、显微组织）等问题，使用金相检验方法对其进行质量分析，提出几点改革意见，第一严格管理，执行预定工序，按步骤进行。第二采用末端电磁搅拌等方法，消除网状渗碳组织。第三减少冶炼过程中的倒炉转炉次数，禁止钢水和空气长时间接触，连铸过程要严密保护浇铸过程，避免钢水过热，减少碳中心偏析和疏松等情况。第四精炼过程中要合理控制还原气氛和弱吹时间，做好钙处理工序。第五减少82B盘条表面氧化铁皮，使其无裂痕，结疤，折叠，耳子、擦伤等表面缺陷。

参考文献

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作者简介：赵剑琪（1978，11-），女，汉，河北省张家口市，本科，毕业于河北联合大学，单位：河钢集团宣钢公司技术中心，职称：工程师，研究方向：钢材金相检验。