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第２９卷 Ｖ０Ｌ ２９ 第５期 Ｎｏ．５ 金 Ｓｔｅｅｌ 属 Ｗｉｒｅ 制 品 ２００３年１Ｏ月 ０ｃｔｏｂｅｒ ２０ｏ３ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ ＳＷＲＨ８２Ｂ盘条拉拔断裂原因分析 黄国贤谢文新李国忠 钟卓华 ３３８００４） （江苏泰富兴澄特殊钢股份有限公司 江阴２１４４００） （新华金属制品股份有限公司 新余摘要观测在连铸小方坯一火成材ＳＷＲＨ８２Ｂ盘条生产高强度低松弛预应力混凝土结构用钢丝和钢绞线的 过程中时常出现断裂现象，并分析其原因。研究认为断裂的主要原因是原材料成分偏析、组织异常和盘条表面缺 陷及制品厂生产过程中焊接方面的不良操作。 关键词８２Ｂ盘条预应力钢丝断裂硬擦伤铜渗 Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｄｒａｗｉｎｇ Ｂｒｉｔｔｌｅ Ｆｒａｃｔｕｒｅ Ｃａｕｓｅ ｏｆ ＳＷＲＨ８２Ｂ Ｗｉｒｅ Ｒｏｄ Ｈｕａｎｇ Ｇｕｏｘｉａｎ Ｘｉｅ Ｗｅｎｘｉｎ Ｌｉ Ｇｕｏｚｈｏｎｇ （￣ａｎｇｓｕ Ｔａ Ｘｉｎｇｃｈｅｎｇ Ｓｐｅｃｉａｌ Ｓｔｅｅｌ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．Ｊｉａｎｇｙｉｎ ２１４４００） Ｚｈｏｎｇ Ｚｈｕｏｈｕａ （Ｘ／ｎｈｕａ Ｍｅｔａｌ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．Ｘ／ｎｙｕ ３３８００４） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｏ ｅｘａｍｉｎｅ ａｎｄ ｔｅｓｔ ｔｈｅ ｆｒａｃｔｕｒｅ ｕｓｕａｌｌｙ ａｐｐｅａｒｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｕｒｓｅ ｏｆ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｈｉｇｈ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｌｏｗ ｒｅｌａｘａｔｉｏｎ ＰＣ ｓｔｅｅｌ ｗｉｒｅ ａｎｄ ｗｉｒｅ ｓｔｒａｎｄ ｗｉｔｈ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｃａｓｔ ｌｉｔｔｌｅ ｂｉｌｌｅｔ ｓｉｎ￣ｅ ｈｅａｔｅｄ ｆｉｎｉｓｈｉｎｇ ＳＷＲＨ８２Ｂ ｗｉｅ－ｒｒｏｄ，ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅ ｉｔｓ ｆｒａｃ－ ｔｕｒｅ ｃａｕｓｅ．Ｉｔ ｉｓ ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ ｂｙ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｃａｕｓｅ ｏｆ ｆｒａｃｔｕｒｅ ｉｓ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ，ａｂｎｏｒｍａｌ ｍｉｃｍｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｎｄ ｓｕｒａｆａｃｅ ｄｅｆｅｃｔ ｏｆｗｉｒｅ ｒｏｄ ａｎｄ ｂａｄ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆｗｅｌｄｉｎｇ ｉｎ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆＰＣ ｓｔｅｅｌ ｗｉｒｅ ｉｎ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｆａｃｔｏｒｙ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ８２Ｂ ｗｉｒｅ ｒｏｄ；ＰＣ ｓｔｅｅｌ ｗｉｒｅ； ｆｒａｃｔｕｒｅ；ｈａｒｄ ｓｃｒａｔｃｈ； Ｃｕ ｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ＳＷＲＨ８２Ｂ盘条主要用于生产高强度低松弛预 应力混凝土结构用钢丝和钢绞线，广泛用于高层建 筑、大跨度桥梁、水利设施等重点工程。要求该钢种 的原材料（线材）具有稳定的化学成分、纯净的钢质 和优良的力学性能。盘条生产厂在生产工艺、技术、 质量上下了很大的工夫，取得了不少成果。但制品 厂在使用国产连铸ＳＷＲＨ８２Ｂ高碳钢盘条进行拉丝 过程中，还时常出现断裂。不仅影响产品的质量，而 且严重影响制品厂的生产效率和收得率。本文对积 累的断裂试样进行分析。 １ 盘条表面缺陷引起的拉拔断裂 图１盘条表面擦伤Ｘ３５ 对拉拔断裂试样进行表面检查，发现某些试样 表面有明显的擦伤和裂纹痕迹，擦伤和裂纹试样的 形貌如图１、图２。 对大量拉拔断裂样观测发现，其断裂源大多在 线材的表面，擦伤沿线材长度方向呈斜向，裂纹垂直 线材长度方向如图１、图２所示。图３ａ为断裂样实 物，图３ｂ为盘条表面缺陷的组织。对断裂源做进一 步的观察，图３ｂ中难变形的三角形区域的组织为马 图２盘条表面裂纹Ｘ３５ 维普资讯 http://www.cqvip.com
４０· 金 属 氏体组织，如图３ｃ所示。 观察发现，裂纹由表面向内深入，裂纹周围金属 变形流线清楚，唯有三角形区域观察不到流线，似为 不变形硬组织，如图３ｂ所示。在放大５００倍显微镜 下进一步观察，该三角区的组织为针状马氏体＋屈 氏体组织，其面积为０．１２ ｍｍ Ｘ０．１５ ｍｍ，如图３ｃ所 示。产生该组织的主要原因是由于冷态下的快速硬 擦伤造成该擦伤微区的温升达到很高的温度，但由 于擦伤微区比容很小，故冷却很快，产生马氏体组 织。在拉拔过程中马氏体组织不变形，造成拉拔时 的表面裂纹，并随变形量的逐步增加，裂纹逐渐扩大 以致断裂。 （ａ）表面缺陷断裂（１：１） （ｂ）裂纹处组织形貌 ×４０ （ｃ）裂纹处的难变形组织 ×５００ 图３盘条的表面缺陷 ２中心夹杂物引起的拉拔断裂 对拉拔断裂试样的断裂源进行电镜扫描观察， 发现中心存在夹杂物富集，如图４ａ所示。其富集区 的大小约为０．５ ｍｍ Ｘ０．３ ｍｍ。对多个断裂试样的 观察表明，夹杂物的颗粒大小一般在３０ ｍ以上，如 图４ｂ所示 制 品 第２９卷 （ｂ） ×４００ 图４线材中的夹杂物 对夹杂物作进一步的能谱分析，该夹杂物为铝 酸钙类型，如图５所示，该类夹杂物主要是在炼钢脱 氧过程中产生。由于小方坯的凝固特性，很容易产 生成分中心偏析和非金属夹杂物的偏聚。 Ｃ Ｃａ ，、 Ｍ ／＼． １．４４０ ２．８８０ ４．３２０ 能量／ｋｅＶ 图５ 断裂试样夹杂物的能谱分析 由于线材中非金属夹杂物的存在，破坏了组织 或基体的连续性，夹杂物的存在起到了一个显微裂 纹的作用，一旦受力将成为裂纹源，当裂纹达到失稳 状态尺寸，便瞬时产生断裂。因此，盘条中心非金属 夹杂物的存在对盘条的拉拔性能来说是致命的。 ３ 盘条异常组织引起的拉拔断裂 通过对大量断丝样归类分析，并将其中一部分 的断丝样中心进行纵剖观察，发现存在粗细不均、断 续分布的一条或多条白条带组织，如图６所示，并有 垂直拉伸方向的短细裂纹存在。 维普资讯 http://www.cqvip.com
第５期 黄国贤等：ＳＷＲＨ８２Ｂ盘条拉拔断裂原因分析 ·４１· 图６ 盘条存在的异常组织 为进一步了解其白条带的形成原因，对图中白 条带和条带边缘区分别在电镜扫描下进行观察及能 谱分析，如图７ａ、图７ｂ所示。从图７看出：在图６中 １点区其Ｍｎ，Ｃｒ及Ｔｉ含量较高；２点的Ｍｎ，Ｃｒ含量 也比熔炼成分高。盘条中心异常组织的能谱分析结 果见表１、表２。 ３ ０００ 蠹２ ０００ １ ０００ 。 奠 ． ． 融 Ｏ ２７００ ５．４００ 能量／ｋｅＶ （ａ） 图６中１点裂纹区的能谱 （ｂ）图６中２点裂纹区的能谱 图７ 盘条异常组织的能谱分析 表１ 图６中裂纹区１点能谱分析结果 表２图６中裂纹区２点能谱分析结果 由表１、表２可以看出，盘条中心存在Ｍｎ，Ｃｒ等 合金元素的偏析。由于铸坯中心合金元素的偏析， 盘条在正常冷却速度下使Ｃ曲线右移，而在中心产 生条带状马氏体异常组织。马氏体硬而脆，在拉拔 过程中由于不易变形而易产生横向裂纹，最终导致 拉拔断裂如图６所示。据不完全统计，此原因造成 的断丝约占总断丝的３０％以上。 ４盘条焊接不良引起的断裂 ４．１ 焊接熔合区异常组织及断裂 制品厂在使用８２Ｂ线材拉丝过程中经常在熔 合区产生断裂。为分析断裂原因，取了大量熔合区 断裂的试样和焊接未拉拔的试样进行分析，如图８ 所示。 （ｂ） （ａ） （ｂ） （ｃ） 图８焊接处金相组织及断裂示意图 维普资讯 http://www.cqvip.com
４２· 金 属 制 品 第２９卷 图８ａ为某制品厂焊接样焊口区宏观纵剖照片， 生早期断裂。 从图中可以看出，在熔合区有一横向白带。经进一 ４．２焊接夹持区异常组织及断裂 步高倍观察发现该区为粗大的铁素体网包围荇细片 断裂试样的分析中发现在断裂源脆断面边缘的 珠光体，并有魏氏组织出现，如图８ｂ所示，其铁素体 表面有一小黄亮区，形似电弧触发点，如图９ａ所示。 网络的实际晶粒度相当于３～５级。其中黑线焊口 通过对该区的电镜扫描观察，发现有铜渗现象。显 两端（靠表皮）的组织为细片状珠光体，表明整个焊 微镜下观察，该区表层有铜相渗人见图９ｂ的Ａ处， 口区的金相组织是不均匀的。对焊后拉拔断裂的试 深度约０．０２ ｍｍ。试样经腐蚀后观察，发现断裂源 样进行高倍观察，同样发现在断裂区域存在铁素体 区为马氏体组织＋屈氏体组织，如图９ｃ所示。 网状组织，如图８ｃ所示。 通过观察分析电弧触发引起表层渗铜，电弧触 铁素体组织的存在、魏氏组织的产生主要是由 发点位于焊钳夹持区，如图１Ｏ所示。图ｌＯａ是断口 于焊接过程的过热和冷却不均产生的，这种组织的 处有铜点的金相照片，图ｌＯｂ、图ｌＯｃ是图ｌＯａ的放 存在使材料在进行拉拔时强度达不到规定要求而产 大图。由于焊钳夹持的压紧力小或焊钳老化磨损接 ａ断裂源边缘（１：１） ｂ断裂区渗铜现象 ×５００ Ｃ断裂区组织 ×５００ 图９焊接夹持部分的渗铜及断裂源区组织 （ａ） 铜点处断裂 ×２５ （ｂ） 铜点的放大图 ×７５ （Ｃ） ｂ的进一步放大 ×５００ 图ｌＯ焊接形成的铜点及断裂部位示意图 触不良，在焊接通电时产生电弧引起。电弧引起触 （３）优化连铸工艺参数，严格控制连铸坯的中 发点的局部高温，在随后的冷却过程中，由于该微区 心偏析。 的比容很小，故冷却很快而产生马氏体组织。 （４）优化焊接工艺，规范焊接操作，防止焊接的 组织缺陷和局部接触不良的电弧触发。 ５结语 为了确保国产连铸料生产钢绞线的质量，需进 致谢 步做好以下几方面工作。 本文在黄龙高工的指导下完成，高德成、舒展参 （１）线卷在生产、运输过程中要加强表面保护， 与了本文有关试验工作，在此一并表示感谢。 特别是在打包及叉运过程的表面保护，防止硬擦伤。 （收稿日期：２００３—０６—０５） （２）进一步提高钢水的纯净度，控制钢中非金 属夹杂物的形态和数量，防止夹杂物偏聚和较大颗 作者简介 粒夹杂物的产生。 黄国贤１９６１年２月生，江苏泰富兴澄特殊钢股份有限公 司产品开发处工程师
