65高碳钢盘条笔尖状断口失效机理研究

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1、65高碳钢盘条笔尖状断口失效机理研究　　摘要：研究分析了65高碳钢盘条拉拔异常断口，断口的宏观形貌呈笔尖状。对其断口表面和样品纵截面及母材横截面分别进行了扫描电镜及金相观察。实验认为心部有碳偏析存在，是造成笔尖状断口的主要原因。　　关键词：盘条；笔尖状断口；碳偏析　　DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.10.007　　0前言　　65钢盘条具有高强度、高硬度、耐磨性等优异的性能，因此广泛用于钢钉、钢丝绳、钢绞线、胶管钢丝、胎圈钢丝、弹簧钢丝等的原料。盘条在拉拔过程中常出现断线、断丝的现象，严重时使生产无法进行，对产品质量和生产效率

2、带来严重影响。盘条在拉拔过程中断丝与其表面缺陷、心部偏析和内部组织不正常有关。国内某线材厂使用的65钢在拉拔加工成钢丝过程中发生断裂，断口呈笔尖状形貌。此钢的工艺流程为：铁水预处理→转炉冶炼→LF炉精炼→方坯连铸→铸坯热送→加热炉→高线控轧控冷→精整。本文通过对此拉拔异常断口进行分析，探讨其形成的原因。　　1实验　　从二次加工生产企业取回同一批次不同冷拉拔程度断裂的65高碳钢试样，拉拔程度分别为3.50mm、4.70mm、5.75mm笔尖状断口试样各1支及母材试样1支。检测步骤如下：　　（1）先对宏观断口型貌进行观察，然后用金相精密切割机分别切下不同拉拔程度的三

3、个试样断口，进行扫描电镜观察。　　（2）对每个试样不同位置切取纵截面3个，通过粗磨、细磨、抛光、4%硝酸酒精溶液腐蚀后在光学显微镜下观察拉拔情况，获取有关拉拔过程信息。　　（3）对母材的横截面进行金相检测。　　1.1断口宏观形态　　笔尖状断裂试样典型断口宏观形貌如图1，1号试样拉拔程度为3.50mm，2号试样拉拔程度为4.70mm，3号试样拉拔程度为5.75mm，3支试样断口都呈明显的笔尖型，从试样边缘向心部凸起，且钢材表面没有明显缺陷，因此拉拔断裂原因初步推断为断口由心部向外扩展断裂[1]。　　1.2扫描电镜检测　　采用KYKY-3800型扫描电镜对1号、2号

4、、3号试样断口进行高倍观察，断口处微观形貌见图2、图3、图4。从图片可以看出试样表面的撕裂岭呈波浪状从心部向外扩散，判断裂纹源于心部。　　1.3金相检测　　（1）在每个笔尖状断口试样不同位置取3个小段分析其纵截面金相，分析结果如表1。每个试样裂纹形态如图5、图6、图7所示：　　1号到3号所有纵截面试样呈现不同程度的从外部到心部的不均匀变形。1号2号试样用光学显微镜观察纵向型貌，在心部发现裂纹从心部中间位置开始产生，向边部扩展，呈“V”字型。3号试样只有中心一个小裂纹平台，且裂纹有V字型发展的趋势，即3号试样内部结构形态是比较接近试样拉拔前的起始形态。　　（2）对

5、母材横截面试样抛光后用光学显微镜进行金相检测，在100X条件下观察，心部有明显碳偏析存在如图8。　　2结果分析　　拉拔的外部到心部的不均匀变形是周期性V形裂纹产生的外在原因。母材心部有碳偏析存在，其心部的塑性较差，试样心部会更易先产生裂纹是V形裂纹产生的内在原因。在拉拔过程中表层金属变形量大，心部塑性较差变形量小，当拉拔变形到一定程度，表面变形大过试样心部变形，外表面对心部产生拉应力，加上试样心部原来所受拉拔应力，当心部所受的拉应力大于其抗拉能力时，心部产生裂纹。由3号试样纵截面图可确定，试样的裂纹起源于试样心部。心部裂开以后，靠近心部的组织受力变大，应力集中[

6、2]，裂纹由心部向边缘扩展，一边受力一边变形，只能以中心裂纹的形成来达到力的平衡和速度场的变化，即形成了V字型裂纹直至断裂，最后形成笔尖状断口。　　导致中心偏析的直接原因可能是由连铸方坯带来的影响，方坯在结晶器结晶过程中同时向外移动，因内外冷却梯度的影响，中心液体溶质较高，随着凝固的进行，中心液体越来越少并成糊状，失去流动性，同时富集溶质的残余液体沿枝晶间流动，凝固后形成中心偏析[3]。　　3改进措施及效果　　由于65钢心部出现碳偏析是造成笔尖状断口形成的主要原因，因此在工艺上应抑制心部碳偏析为主。特此采取了以下措施：　　（1）在连铸结晶器和凝固末端区采用电磁搅

7、拌[4]，中包过热度控制在35℃以内进行浇注，降低铸坯的中心碳偏析。　　（2）为抑制心部碳偏析，在65钢化学成分一致的情况下，应适当提高钢水结晶过程中的冷却速度，拉速控制在（2.0±1）m/min，使结晶尽快完成，减少碳偏析形成。　　通?^改进后，在100X条件下观察，母材中心偏析得到缓解，如图9。65高碳钢拉拔性能得到了明显的改善，改进后一年内客户关于拉拔断笔尖状断口的质量异议起数为零起，满足客户的使用要求。　　4结论　　65高碳盘条拉拔断裂形成笔尖状断口的原因是方坯在结晶器结晶过程中心部形成碳偏析。线材中心偏析，心部塑性较差，客户拉拔过程中早期心部产生裂纹，

8、裂纹在力的作用下扩展断裂