YL82B盘条拉拔断裂原因分析

2019-01-07韩晓乾杜东婵谢飞飞孙秀英

金属加工(热加工) 2018年12期

■ 韩晓乾，杜东婵，谢飞飞，孙秀英

高碳盘条钢是生产高强度、低松弛预应力混凝土结构用钢丝和钢绞线的主要原料，主要应用于铁路、公路、跨海大桥、大型建筑、水利等领域，它具有抗拉强度高、断后伸长率好、松弛值低、应力损失小和耐疲劳性能优良等特点。在高碳钢盘条中，YL82B是市场需求大、生产数量较多的钢种，其主要规格为φ6.5～φ12.5mm。

某批原材料为φ12mm、材质为YL82B的热轧盘条，在拉拔加工过程中，发生断裂现象，图1中左侧断口从盘条周边到心部逐渐凸起，形似笔尖，右侧为与之匹配断口，呈漏斗状，这是断裂起始于截面心部，并逐渐沿周边向外扩展的一种特殊断裂方式。经了解，拉拔工艺为：热轧盘条→机械去皮→拉拔。分别在原材料及断裂样品上取化学成分、力学性能及金相试样进行检验分析，以期查明其断裂原因。

图1 断口形貌

1.理化检验

（1）化学成分分析分别在原材料及拉拔断裂样品上取试样采用瑞士ARL直读光谱仪进行化学成分分析，检测结果如表1所示。由表1可知，化学成分符合GB/T24238—2009标准技术要求。

表1 YL82B热轧盘条化学成分（质量分数）（%）

（2）力学性能在原材料上取力学性能试样，使用美特斯SHT-4106电液伺服万能试验机进行力学性能检验，结果如表2所示，由表2可知，力学性能符合GB/T24238—2009标准技术要求。

表2 力学性能检验结果

（3）金相检验在原材料上取金相试样，使用德国徕卡DMI5000M智能显微镜进行显微观察，检验结果如表3所示，由表3可知，原材料除显微组织出现微量的Fe3C外，其他检验结果均符合GB/T24238—2009标准技术要求。

表3 金相检验结果

在断裂试样上取断口在体视显微镜下观察，断口呈典型的笔尖状断口，断裂源位于中心位置，试样表面没有明显的外观缺陷，形貌如图2所示。用线切割方式在断口处沿试样中心纵向制取金相试样，显微观察试样断口尖端存在沿轴线断续分布“V”形裂纹，裂纹形貌如图3所示。裂纹附近发现有硫化物类夹杂物存在，级别为1级，显微形貌如图4所示。使用4%（体积分数）硝酸酒精溶液浸蚀后，“V”形裂纹处存在网状渗碳体组织，形貌如图5所示。低倍下观察在试样中心有一条明显的偏析带，形貌如图6所示。

在断口附近取横向试样进行显微观察，低倍下观察横向试样中心有偏析存在，偏析级别为B2级，形貌如图7所示，试样中心有“C”形裂纹缺陷存在，裂纹缺陷形貌如图8所示，放大观察试样显微组织为索氏体，中心有网状渗碳体存在，显微组织形貌如图9所示。

2.分析与结论

原材料化学成分、力学性能、非金属夹杂物级别、脱碳层深度、索氏体含量等均符合GB/T24238—2009标准技术要求。

图2 断口形貌

图3 断口尖端“V”形裂纹形貌（50×）

图4 裂纹附近夹杂物形貌（500×）

图5 内部裂纹附近网状渗碳体组织形貌（500×）

图6 试样中心偏析带（8×）

图7 横向偏析（6.5×）

图8 横向“C”形裂纹缺陷形貌（50×）

图9 索氏体+网状渗碳体（1000×）

YL82B热轧盘条合格显微组织为索氏体+珠光体，且索氏体在显微组织中占有一定的比例（不小于85%）才能使YL82B钢具有高的冷拉极限值。因为索氏体的片层间距小，当盘条拉拔变形时，片层多而薄的铁素体相可以使位错运动均匀而分散，抑制位错塞积的提前发生。另外，当索氏体中的渗碳体相为薄片形态时，它在拉拔变形时可以发生弯曲且不易发生折断。但是，如果渗碳体和铁素体片层继续变薄成为屈氏体时，在拉拔变形时渗碳体片之间发生碰撞的概率增大，使塑性变差。

在原材料及断裂的试样上均检验发现显微组织存在网状渗碳体，由于YL82B属于过共析钢，在冷却速率缓慢或中心碳含量较高的条件下，二次渗碳体沿原奥氏体晶界上析出，形成网状。网状渗碳体是高碳钢盘条中的有害组织，它是一种硬而脆的组织相，不易变形。它的存在削弱了晶粒与晶粒之间的结合力，从而使盘条的强度和塑性均显著下降。在冷拉拔过程中，由于网状渗碳体的束缚晶粒变小，因而在此处产生应力集中，形成裂纹或孔隙，最终导致笔尖状断裂。

非金属夹杂物级别虽然不高，但在样品中心V形裂纹附近出现了硫化物类夹杂物（1级），非金属夹杂物的存在破坏了钢基体的连续性，严重影响钢的力学性能，产生应力集中，拉拔时不能与基体同步变形，在非金属夹杂物与基体结合部位引起应力集中，导致裂纹在此处萌生及扩展，最终导致盘条拉拔断裂。

偏析带的存在与原材料有关，偏析区与正常基体不协调形变导致偏析带产生孔隙，孔隙扩展为裂纹后，逐渐沿周边向外扩展即造成线材断裂。

由上述分析可知，YL82B盘条在拉拔过程中产生笔尖状断裂是由于中心偏析、网状渗碳体、非金属夹杂物共同作用下形成的。