預應力鋼絞線82B質量缺陷分析與改進措施

摘 要：82B是日本牌號，指的是含碳等于0.80%的優質碳素結構鋼，機械性能優良，用作高強度預應力鋼絞線的主要材料之一就是82B盤條，一般情況下直徑12.5毫米預應力鋼絞線在大型鐵路、橋梁、公路、建筑、吊車梁中廣泛應用。所以預應力鋼絞線82B質量至關重要。但是實際情況中其預應力鋼絞線82B由于表面質量差、碳偏析指數高的原因造成其拉拔斷裂等問題，在強度、延展性、冷拔性方面都不盡人意，所以文章將采取金相檢驗方法分析原因，制定相應的對策。

關鍵詞：金相檢驗方法分析原因；直徑12.5毫米；金相檢驗方法；對策

1 鋼中主要成分的作用

決定鋼材生產冷卻后組織和性能的主要元素是碳，在一定范圍內，鋼材隨著含碳比重的加大，鐵素體含量減少，珠光體含量增多，鋼材強度加大。但是會出現明顯的碳偏析現象，容易造成盤條中由于產生網狀碳化物導致的拔絲斷裂。錳元素可以用于提高鋼材熱軋后的強度和硬度，在含量適宜時，可以小幅度提高碳鋼的堅固性、強度及耐磨損性，但是錳元素的偏析，容易在盤條生產軋制過程中產生心部馬氏體組織，造成拉拔斷。在結構鋼和工具鋼中，鉻能顯著提高強度、硬度和耐磨性，但同時降低塑性和韌性，鉻又能提高鋼的抗氧化性和耐腐蝕性，因而是不銹鋼、耐熱鋼的重要合金元素。特別是釩在82B中有著顯著的效果，釩合成碳化物、氮化物等、其可以在高溫條件下溶解，在低溫凝固，可以通過工藝得到不同的質點用于阻止原始奧氏體在加熱時長大，減少了鋼材中的有害物質N、S等，可以用于改善盤條的斷裂性。

2 預應力鋼絞線82B質量缺陷分析

預應力鋼絞線82B質量存在缺陷，使得直徑12.5毫米的盤條被拉拔斷。分析預應力鋼絞線82B質量存在的缺陷，有助于找出相應的對策。所以首先先找出缺陷。

2.1 化學成分和純度不過關

制作優良預應力鋼絞線的基本保障是高質量的82B盤條。而高質量的的82B盤條需要化學成分均勻和高純度的鋼材。要求碳質量分數小于萬分之三。不論是采用轉爐冶煉還是使用電爐冶煉，82B盤條都需要使用爐外的精煉加工使得鋼中的化學成分均勻，盡可能的凈化鋼中的雜質和有害氣體。而在實際的82B盤條冶煉軋制過程中，存在大型夾雜物和脆性夾雜物以及有害氣體，比如硫化錳、二氧化硫等可以變形塑性夾雜和少量的鋁酸鹽脆性夾雜使得82B盤條在加工過程中導致斷絲。

2.2 表面質量

82b盤條在生產過程中要承受較大拉拔和扭轉，可能造成82b盤條表面裂痕，結疤，折疊，耳子、擦傷等缺陷，這些缺陷又會造成拉拔斷裂，而盤條的表面質量和坯料表面質量息息相關。因此坯料的檢查、精整是必不可少的工序。而連鑄穩定的鋼液面控制、結晶器振動等參數的選擇在一定程度上決定了82b連鑄坯最主要的表面缺陷，如表面結疤，增碳等。所以這些參數的選擇很重要。

2.3 內部質量

影響82B盤條拉拔性能的主要因素是鋼坯內部質量，主要包括中心偏析、中心疏松和縮孔。首先分析碳中心偏析。碳中心偏析容易造成滲碳體在晶界的的聚集，從而影響了鋼材質量的均勻性。其外在表現為82B盤條內部組織硬度不同，容易使盤條在拉拔和扭轉過程中發生斷裂。其次中心疏松和縮孔，主要危害在于中心疏松會造成鋼坯內部強度低，縮孔在外力的作用下會造成應力集中使得82B盤條拉拔斷裂，主要原因包括凝固晶橋、空穴效應，采用小方坯制作工藝來制作82B盤條，所以造成其壓縮比例小，不能將鑄坯中的疏松和縮孔最大程度上的壓實。

3 采取金相檢驗方法分析原因

本文擬用金相檢驗方法檢測出直徑12.5毫米82B盤條組織結構和內部缺陷，包括顯微狀態下的非均勻性，首先采用低倍檢驗。

首先切取直徑12.5毫米82B盤條的橫向試樣，檢驗面應垂直鋼材的軋制方向。試樣要經過粗磨、細磨、拋光、浸蝕，方法是采用酸浸法，即將打磨好的橫截面浸泡在2%硝酸酒精溶液中20秒鐘左右，然后用清水清洗其表面，最后再用酒精洗凈、擦拭干凈。試樣浸蝕面使用肉眼、常規放大鏡或體視鏡進行分析檢驗。實驗中需要注意的是：第一檢驗面朝下浸入浸蝕溶液中，但要防止其直接碰觸容器底部；第二試樣拋光面要完全浸入2%硝酸酒精溶液中；第三如果檢測面出現污漬，要把樣品重新拋光干凈，然后再去重復浸蝕過程；第四可以適當延長時間以取得清晰可見的缺陷。

然后再采用高倍檢驗

直徑12.5毫米82B盤條試樣制備難度比較大，容易產生影響金屬層、機械側滑等，假象從而影響正常的金屬金相組織分析。所以制備直徑12.5毫米82B盤條試樣需要做足以下幾點：

（1）為了避免試樣在砂輪打磨時磨面過熱而導致金屬組織發生變化，應當注意用水冷卻試樣。

（2）在使用砂紙磨光時，用力不能太大，不能來回磨，這是為了減少滑移現象的出現。

（3）在進行機械拋光這個步驟時，要使用磨光能力大、磨削性能好的金剛石研磨膏或金剛石噴霧劑。拋光實際和施加的壓力要適度。試樣要盡量保持穩定，避免出現多個細小拋光劃痕，影響實驗效果，注意保持粗呢織物和絨布的濕度，保持拋光水膜在5秒內消失。

要對拋光好的試樣進行顯微組織觀察，需要進行化學浸蝕和電解浸蝕。常用的浸蝕酸溶液主要包括4%硝酸酒精、苦味酸等。比較常用的電解浸蝕溶液包括10%的草酸溶液和50%硝酸溶液。采用化學浸蝕會取得更好的效果，而且操作簡單、用時少、效果好。比如使用4%的硝酸酒精溶液化學浸蝕時，需要條件是室溫，大概需要10至20秒就可以得到清晰的金相顯微組織。

由金相檢驗方法可知個別編號生產直徑12.5毫米82B盤條，非金屬夾雜含量偏高，尤其是脆性氧化鋁的夾雜級數達到2.0級，給后來的精煉加工程序帶來不利的影響，其他方面控制比較理想。

4 總結和改進措施

本文通過實際探索，針對預應力鋼絞線82B的質量缺陷如化學成分和純度不過關、表面質量（裂痕，結疤，折疊，耳子、擦傷等缺陷）、內部質量（中心偏析、中心疏松、縮孔、顯微組織）等問題，使用金相檢驗方法對其進行質量分析，提出幾點改革意見，第一嚴格管理，執行預定工序，按步驟進行。第二采用末端電磁攪拌等方法，消除網狀滲碳組織。第三減少冶煉過程中的倒爐轉爐次數，禁止鋼水和空氣長時間接觸，連鑄過程要嚴密保護澆鑄過程，避免鋼水過熱，減少碳中心偏析和疏松等情況。第四精煉過程中要合理控制還原氣氛和弱吹時間，做好鈣處理工序。第五減少82B盤條表面氧化鐵皮，使其無裂痕，結疤，折疊，耳子、擦傷等表面缺陷。

參考文獻

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作者簡介：趙劍琪（1978，11-），女，漢，河北省張家口市，本科，畢業于河北聯合大學，單位：河鋼集團宣鋼公司技術中心，職稱：工程師，研究方向：鋼材金相檢驗。