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首頁 檢測技術(shù)與成果

分享:預(yù)應(yīng)力鋼絞線用YL82B鋼冷拉斷裂原因

采用YL82B高碳鋼盤條制作的鋼絞線具有較高的強(qiáng)度和優(yōu)越的低應(yīng)力松弛性能,廣泛用于石油化工、橋梁和高層建筑等領(lǐng)域[1-2]

某鋼廠生產(chǎn)的預(yù)應(yīng)力鋼絞線用YL82B鋼在下游冷拉過程中多次出現(xiàn)斷裂情況。該鋼的下游加工工藝為:開卷放線→端部對焊→機(jī)械剝殼→表面潤滑→拉拔→合股。筆者采用一系列理化檢驗(yàn)方法分析了該盤條冷拉斷裂的原因,以避免該類問題再次發(fā)生。

1. 理化檢驗(yàn)

1.1 宏觀觀察

圖1為盤條斷口處的宏觀形貌。由圖1可知:筆尖狀和喇叭狀斷口的裂紋源位于試樣中心,在斷口上未發(fā)現(xiàn)微裂紋等其他缺陷;平斷狀和斜狀斷口的裂紋源位于試樣邊部,且試樣邊部所在表面存在明顯摩擦、磕碰和對焊結(jié)疤等損傷痕跡,甚至存在橫裂現(xiàn)象。

圖 1 盤條斷口處的宏觀形貌

1.2 化學(xué)成分分析

在盤條斷口附近截取試樣,其中試樣1~2的取樣位置為筆尖狀、喇叭狀斷口處,試樣3~7的取樣位置為平斷狀、斜狀斷口處,對試樣1~7進(jìn)行化學(xué)成分分析,結(jié)果如表1所示。由表1可知:試樣的化學(xué)成分滿足技術(shù)要求。

Table 1. 斷裂試樣的化學(xué)成分分析結(jié)果
項(xiàng)目 質(zhì)量分?jǐn)?shù)
C Si Mn p S Cr
試樣1實(shí)測值 0.82 0.16 0.71 0.012 0.010 0.21
試樣2實(shí)測值 0.81 0.15 0.72 0.012 0.011 0.20
試樣3實(shí)測值 0.83 0.16 0.71 0.011 0.013 0.20
試樣4實(shí)測值 0.82 0.17 0.70 0.013 0.012 0.21
試樣5實(shí)測值 0.82 0.16 0.72 0.012 0.013 0.23
試樣6實(shí)測值 0.81 0.18 0.73 0.011 0.010 0.22
試樣7實(shí)測值 0.82 0.16 0.72 0.012 0.013 0.21
技術(shù)要求 0.80~0.85 0.15~0.25 0.65~0.75 ≤0.025 ≤0.020 0.20~0.25

1.3 金相檢驗(yàn)

在筆尖狀、喇叭狀斷口處分別截取橫向和縱向試樣,對試樣進(jìn)行金相檢驗(yàn),結(jié)果如圖2所示。由圖2可知:橫向試樣中心位置和縱向試樣斷口位置均未發(fā)現(xiàn)非金屬夾雜物聚集等明顯缺陷;腐蝕后試樣的組織為索氏體+珠光體+鐵素體+滲碳體,橫向試樣中心位置存在嚴(yán)重的網(wǎng)狀滲碳體;縱向試樣組織均沿變形方向分布,并存在大量片層較厚的珠光體。

圖 2 筆尖狀、喇叭狀斷口處橫向和縱向試樣的金相檢驗(yàn)結(jié)果

在平斷狀和斜狀斷口邊部裂紋源處截取縱向試樣,對試樣進(jìn)行金相檢驗(yàn),結(jié)果如圖3所示。由圖3可知:試樣大部分無明顯缺陷,少部分存在與邊部成45°且內(nèi)部無氧化等缺陷的裂紋;腐蝕后試樣基體組織均正常,為索氏體+珠光體+鐵素體+滲碳體,在裂紋源所在邊部存在白亮色帶狀組織、分布有裂紋的深色帶狀組織、附帶裂紋的正常組織、白亮點(diǎn)狀組織和回火馬氏體+殘余奧氏體等,其中白亮色帶狀組織為馬氏體。

圖 3 平斷狀和斜狀斷口處縱向試樣的微觀形貌

2. 綜合分析

在對YL82B鋼盤條進(jìn)行冷拉時,盤條斷口呈筆尖、喇叭狀,說明材料的強(qiáng)度較低。通常情況下,在熱軋后需要采用提高冷卻速率的方法,使盤條中片層較薄的索氏體含量不少于85%,以提高材料強(qiáng)度,但斷裂試樣中含有大量片層較厚的珠光體,材料中片層狀鐵素體區(qū)域面積變大,相界面面積減小,使得界面片層狀的滲碳體對位錯運(yùn)動的阻力減小,導(dǎo)致材料塑性變大、強(qiáng)度變小。材料中含有較多的珠光體,表明熱軋后冷卻速率較慢。通過現(xiàn)場排查發(fā)現(xiàn),在盤條搭接點(diǎn)存在冷卻緩慢的現(xiàn)象。筆尖狀、喇叭狀斷面的橫向中心位置只含有少量網(wǎng)狀滲碳體,表明網(wǎng)狀滲碳體產(chǎn)生的主要原因是鋼坯存在嚴(yán)重的中心偏析,而不是冷卻速率較慢,且嚴(yán)重的網(wǎng)狀滲碳體割裂了組織之間的聯(lián)系,促使材料發(fā)生斷裂現(xiàn)象。

平斷狀、斜狀斷口產(chǎn)生的主要原因是拉拔工藝不當(dāng),如氧化皮清理不干凈、潤滑不到位等,導(dǎo)致材料出現(xiàn)磕碰和對焊不規(guī)范等問題。在拉拔時,氧化皮發(fā)生松動和潤滑不當(dāng)會使材料表面的摩擦系數(shù)增大,出現(xiàn)過熱現(xiàn)象,導(dǎo)致材料表面的強(qiáng)度降低,且材料燒傷后會產(chǎn)生白亮的淬火馬氏體,最終導(dǎo)致材料表面開裂。材料表面發(fā)生嚴(yán)重磕碰會使其局部溫度瞬間上升,且鋼的導(dǎo)熱速率較快,在局部形成淬火,產(chǎn)生白亮色帶狀馬氏體。當(dāng)進(jìn)行端部對焊時,對焊操作不規(guī)范會使接頭部位液滴飛濺至表面,使材料表面形成點(diǎn)狀燒傷、結(jié)疤等缺陷,且焊后未及時正火,最終導(dǎo)致材料出現(xiàn)馬氏體,馬氏體硬而脆,在對盤條進(jìn)行拉拔時,其邊部產(chǎn)生微裂紋,最終導(dǎo)致盤條斷裂。

3. 結(jié)論及建議

預(yù)應(yīng)力鋼絞線用YL82B鋼冷拉斷裂的斷口形貌呈筆尖狀、喇叭狀和平斷狀、斜狀。筆尖狀、喇叭狀斷口的產(chǎn)生原因?yàn)闊彳埡罄鋮s速率較慢,使珠光體相變增多,材料的強(qiáng)度變小,同時中心碳偏析使材料形成嚴(yán)重網(wǎng)狀碳化物,最終導(dǎo)致盤條斷裂;平斷狀、斜狀斷口的產(chǎn)生原因?yàn)椴牧媳砻姘l(fā)生磕碰,冷拉時氧化皮去除不干凈、潤滑不當(dāng)?shù)纫蛩厥共牧系哪Σ料禂?shù)增大,且對焊不規(guī)范使材料發(fā)生點(diǎn)狀燒傷,加上焊后未及時正火,最終導(dǎo)致盤條斷裂。

建議適當(dāng)增大二次冷卻強(qiáng)度,并采用結(jié)晶器+二冷區(qū)+凝固末端組合式電磁攪拌技術(shù),以減輕連鑄坯中心偏析程度??刂骑L(fēng)冷輥道的運(yùn)行速率,以減小盤條的堆疊程度。提升輥道風(fēng)機(jī)的供風(fēng)能力,加快盤條搭接點(diǎn)的冷卻速率。加強(qiáng)盤條裝卸、運(yùn)輸?shù)墓芾?防止產(chǎn)生磕碰、擦傷問題。




文章來源——材料與測試網(wǎng)

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