SWRH82B 盤條收縮率不合格原因分析

趙小青， 李 濤

（漢鋼公司計量檢驗中心， 陜西 勉縣 724200）

SWRH82B 熱軋盤條主要用于制備高強度預應力鋼絞線、鋼絲繩等，廣泛用于橋梁、高層建筑、高速公路、海洋工程等領域。盤條性能指標中的盤面收縮率是衡量高碳鋼盤條塑性好壞的一個重要指標，收縮率偏低會直接影響盤條鋼的塑性，導致后續加工企業在生產中容易短絲，影響鋼絲的拉拔速度。

某鋼廠在近期的生產中，出現了幾批SWRH 82B（Φ12.5 mm）盤條鋼性能不合格現象，主要表現在面縮率偏低、且時效后仍不合格。針對這種現象，筆者對這幾個批次的盤條鋼通過光學顯微鏡、X 射線能譜儀、原子發射直讀光譜儀等儀器檢驗，分析大規格SWRH82B 熱軋盤條收縮率不合格的原因，為實際生產提供指導幫助。

1 試驗

選取拉伸試驗用過的2個不合格批次的SWRH82B 熱軋盤條，分別標記為試驗1號、試驗2號，每根樣對應截取兩種試樣，一種用作化學成分試驗，一種用作金相組織檢驗。

1.1 化學分析

采用原子發射直讀光譜對試驗樣1號、2號進行化學成分測定，檢測結果均在國家標準控制范圍內，檢測結果如表1 所示。

表1 82B 盤條的化學成分 %

1.2 金相和SEM 檢驗

將試驗1號、試驗2號按照金相制樣標準，分別加工成一定尺寸，通過鑲嵌、磨樣、拋光等機械拋光工序，然后用4%硝酸酒精溶液進行化學浸蝕后，在光學顯微鏡下進行顯微組織觀察；借助德國蔡司生產的掃描電鏡和X 射線能譜儀進行拉伸后收縮面斷口分析和夾雜物種類分析。

2 金相檢驗結果及分析

2.1 金相檢驗結果

金相檢驗結果如表2 所示。

表2 SWRH82B 熱軋盤條（Φ12.5 mm）收縮面不合格樣品的金相檢驗結果

2.2 中心區域網狀碳化物的影響分析

試驗1號、2號樣品的中心區域均有網狀滲碳體出現，組織結果如下頁圖1、圖2 所示，級別分別為3.5、4.0。

圖1 3.5 組織結果

圖2 4.0 組織結果

滲碳體的形成原因是由于連鑄坯本身存在著中心碳偏析，軋制時鋼材的組織盡管處于奧氏體狀態,且軋制溫度較高,但由于保溫時間相對較短,心部碳偏析難以消除，因此，由于中心碳偏析的存在,在控冷過程達到相變點時, 促使晶界脆性滲碳體薄膜的形成[1]。

隨著中心碳含量的增加，鋼種的滲碳體量也隨之增多，影響鋼材的均勻性，使其硬度增加、鋼材的塑性降低。因此在拉伸試驗時，其盤條的斷面收縮率僅為13%、17%。

2.3 中心區域馬氏體的影響分析

在試驗1號-2號樣品的中心區域發現有中心馬氏島出現，級別均為1.0 級。其金相組織分別為如下圖：圖3、圖4。

圖3 1號金相組織

圖4 2號金相組織

利用能譜儀對試樣馬氏體和正常組織的成分進行對比,發現馬氏體的C、Si、Cr、Mn 明顯增高。有文獻認為中心形成的馬氏體和微合金元素成份偏析有關[2]。盤條在正常冷卻速度下，由于鑄坯中心合金元素的偏析，且Cr、Mn 是穩定奧氏體狀態的元素，造成盤條中心部位的C 曲線向右偏移，中心部位的冷卻速度低于盤條表面，導致奧氏體保持到較低溫度，奧氏體的低溫轉變是馬氏體，這也是馬氏體違法常理沒在表層，而出現在心部的原因[3]。由于馬氏體是一種硬而脆的過冷組織, 其對高碳鋼的塑性指標影響較大,造成收縮率偏小,進而容易導致拉拔過程出現斷裂現象。

2.4 拉伸后斷口及夾雜物分析

時效前、后斷口宏觀形貌如圖5、圖6 所示：

圖5 時效前斷口宏觀形貌

圖6 時效后斷口宏觀形貌

試驗1號、2號樣的縱截面夾雜物分析結果如圖7、圖8 所示。

圖7 1號樣的縱截面夾雜物分析結果

圖8 2號樣的縱截面夾雜物分析結果

通過對拉伸試樣的宏觀斷口觀察可以看出，時效后的斷口幾乎沒有縮頸，放射區面積遠遠大于纖維區面積，導致鋼材塑性指標很差。用掃描電鏡分析斷口，微觀形貌均為脆性斷口，中間白點處存在較大尺寸夾雜物顆粒，能譜分析為鋁鈣復合型硅酸鹽類夾雜物和氧化鋁類夾雜物。通過光學顯微鏡分析試樣的夾雜物，其級別均為3.0 S 粗系硅酸鹽類。

非金屬夾雜物尤其是高碳鋼盤條中心含有鋁鈣復合型硅酸鹽類夾雜物、氧化鋁類夾雜物等大顆粒的夾雜物，會破壞金屬基體的連續性。因為試樣在拉伸過程中，夾雜物不易發生變形，容易產生應力集中現象，促使夾雜物和基體的界面產生微裂紋，裂紋并逐漸擴展放大，試樣最終優先從夾雜物處斷裂[4]，致使盤條塑性指標較差。

3 結論及建議

1）SWRH82B 盤條面收縮率不合格的主要原因是盤條中心存在較嚴重中心偏析。中心合金元素的偏析，促使馬氏體島形成。馬氏體島會是高碳鋼盤條局部失去韌性，造成延伸偏低現象；中心的碳偏析主要表現為網狀滲碳體析出。由于滲碳體相比基體難發生變形，因此SWRH82B 盤條鋼在拉拔時容易沿晶界產生裂紋，進一步拉伸時會出現脆斷現象。

控制措施：改變電磁攪拌裝置的位置，可設在結晶器及鑄坯凝固過程的其他區段，可降低液面與中心區域的溫度梯度，有效減少中心偏析[5]。

2）SWRH82B 盤條面收縮率不合格的另一原因是中心有大尺寸的夾雜物顆粒及大級別夾雜物出現。心部存在有大顆粒夾雜物，會導致盤條內部應力相對集中現象，繼而在拉伸過程中會造成試樣斷口纖維區過小而放射區過大的無縮頸的脆性斷口。

控制措施：進一步優化鋼包吹氬工藝，控制吹氬流量和流速；加強保護渣的使用頻率控制，保證夾雜物的吸附效果[6]。