钢绞线用盘条SWRH82B拉拔断裂影响因素分析

来永彪， 许加陆， 赵 阳， 廖家明

(中天钢铁集团有限公司， 江苏 常州 213011)

引 言

预应力钢绞线广泛用于高速公路、大跨度桥梁、高层建筑等工程，预应力钢绞线生产采用冷拔成型，且冷拔应变量较大，要求原始盘条必须成分均匀、纯净度高、组织均匀等。SWRH82B盘条是生产高强度、低松弛预应力钢丝或钢绞线的主要原料[1]。本文通过收集某厂SWRH82B盘条拉拔断裂样品，对断口进行宏观和微观分析，找出影响SWRH82B盘条拉拔质量的因素及产生原因。

1 平断断口形貌及原因分析

平断一般发生在盘条拉拔前拆卷时，盘条在扭力及拉力的共同作用下产生断裂，裂纹源来自表面，图1为平断口宏观照片。平断原因一种为盘条表面受外物剧烈撞击时局部产生变形，温度急剧升高，表层产生硬化层组织(如图2所示)。这种硬化层塑性极差，在矫直应力作用下形成细裂纹，并以细裂纹为源导致脆断。另一原因为盘条残余应力过大，拆卷时发生脆断，SWRH82B盘条经吐丝后通过风机快速冷却，盘条心表冷却速率不一致，导致盘条存在热应力。此外盘条组织发生相变后存在相变应力，盘条拆卷时在扭力，由于残余应力未完全释放，拉力及内在应力等共同作用下，最终导致断裂。

图1 平断口宏观照片

图2 表面擦伤处金相组织(100X)

2 杯锥断口形貌及原因分析

杯锥断口断裂裂纹源来自心部，经断口分析，其断裂原因是盘条心部存在网状碳化物、马氏体组织，该类异常组织较基体不易变形，造成盘条拉拔时金属心部与表面变形不一致，产生“人”字裂，随着拉拔的进行，裂纹不断扩展直至断裂，图3为断口宏观形貌，图4,图5为断口金相组织。

图3 杯锥断口宏观形貌

图4 断口纵剖组织(500X)

图5 断口心部横向组织(500X)

网碳的形成主要原因还是铸坯心部存在严重碳偏析，由于预应力钢绞线盘条规格较大，盘条在斯太尔摩风冷线上心部冷却缓慢，在奥氏体晶界处析出过饱和碳，形成网状碳化物。拉拔过程中，在轴向拉应力和来自外层的附加应力作用下，在晶界的网状渗碳体首先发生滑移形成显微孔洞，随着拉拔变形量增加，孔洞进而长大形成裂纹，最终呈V形扩展造成断裂，形成杯锥状断口[2]。

马氏体产生一般与盘条冷却速度有关，铸坯心部 Mn、Cr 等元素的正偏析使C曲线右移，大大降低心部形成马氏体组织的临界冷速。而盘条冷却时，心部冷却速率大于马氏体转变临界速率，因此心部生成了马氏体组织[3]。

3 劈裂断口形貌及原因分析

劈裂一般发生在拉拔模具处，在拉拔时表面沿纵向产生一排横向裂纹，裂纹逐渐扩展导致断裂。主要影响因素有拉拔工艺(模具角度、磨损程度、减面率等)、拉拔过程润滑冷却、盘条表面质量等。图6为拉丝表面横裂纹形貌，图7为表面结疤形貌。

图6 拉丝表面横裂纹形貌

图7 表面结疤宏观形貌

在拉拔过程中，若模具入口角度不当、模口磨损严重或单道次减面率过大，盘条在通过模具时造成局部受力不均或减径量过大，导致过程线表面出现横裂纹[4-5]。若盘条酸洗氧化皮未除不干净、磷化皂化不充分、磨具失粉等原因引起润滑不良或冷却不足，使拉拔丝表面产生大量热量而产生硬化层，降低表面塑性，拉拔时易产生横裂纹，表面横裂纹在后续拉拔中逐渐延伸形成“人”字形裂纹而最终发生断裂。

结疤等存在于盘条表面的缺陷，在拉拔时压入基体，而凸出状结疤导致拉拔丝表面产生过度摩擦,使拉拔丝表面温度升高，造成拉拔丝表面局部瞬时淬火形成硬又脆的马氏体组织，随拉拔不断进行产生裂纹，裂纹扩展直至开裂。

4 结束语

经分析，某厂生产的SWRH82B拉拔断裂断口主要为平断、杯锥断口、斜劈及颈缩断口。平断断裂原因主要是表面擦划伤形成硬化组织或马氏体组织，以及盘条残余应力过大开卷时在矫直应力作用下形成细裂纹导致脆断。杯锥断裂原因主要为心部马氏体组织或严重的晶界渗碳体网，拉拔时心部与表面变形不一致，心部产生“人”字形裂纹，随拉拔进行裂纹逐渐扩展，最终导致断裂。劈裂断口主要与拉拔模具入口角度、模具的磨损程度、道次减面率以、盘条表面及内部质量有关。