高碳钢盘条拉拔脆断原因分析

于同仁  刘开升

（马鞍山钢铁股份有限公司技术中心）

摘要：高碳钢盘条作为线材制品的原料，在深加工过程中容易出现脆断现象，这其中一条原因是盘条本身存在缺陷，另一原因是拉拔工艺存在缺陷。本文对脆断原因进行了分析，提出了改进措施。

关键词：高碳钢  盘条  拉拔  脆断

1、前言

高碳钢盘条作为线材制品的原料，通过深加工用于制造钢丝绳、预应力钢丝及钢绞线、轮胎钢丝、弹簧钢丝等，其拉拔性能好坏直接影响着制品厂的使用和产品的性能。线材生产厂在研制高碳硬线时，一直在追求最佳的线材加工性能，也取得了不少成果，使高碳线材的拉拔性能得到了很大的改善，但生产的产品总会出现这样那样的问题，影响了制品厂的使用；另外，有些制品厂在加工过程中工艺也存在一些问题，造成了拉拔脆断。盘条本身缺陷主要是中心偏析、组织异常、裂纹（或折叠），深加工缺陷主要是润滑不良、拉丝模角度不对、拉拔前处理不良等。这些缺陷通过改进生产工艺，严格工艺操作，都是可以避免的。

2、高碳钢盘条拉拔脆断形态及原因

2.1 盘条原始缺陷引起的拉拔脆断

高碳硬线盘条在深加工过程中，如果出现成分偏析、组织异常、氮含量超标及拉丝模角偏大等等，常常出现杯锥状脆断。

2.1.1 盘条中心偏析组织异常造成锥状脆断

偏析在线材内部局部出现，钢的局部成份与正常不同。高碳钢的碳偏析会使盘条局部含碳量超过共析点成分，连续冷却时会产生网状渗碳体；锰偏析在冷却时易出现马氏体。

2.1.2 拉丝模入口角度不当造成钢丝芯部产生人字形裂纹

拉拔高碳钢的模具入口角度应在12°-14°之间，低碳钢的模具入口角度应在14°-16°之间，如果选择不对，将造成钢丝内部出现人字型裂纹，杯锥状脆断。

2.2 表面裂纹

2.2.1 盘条缺陷

裂纹在线材中的分布是不连续的，它以垂直于线材表面或与其表面呈一角度陷入线材，裂纹长度不一，通常呈直线形，偶尔也与纵轴方向成一个角度或横跨纵轴，倾斜的纵向裂纹在靠近表面区内一般充满氧化皮，并且靠近心部焊合，裂纹的侧面伴随着脱碳。该类裂纹在拉拔过程中，由于应力集中，线材将沿裂纹方向发生断裂。

2.2.2 拉拔横裂

高碳钢盘条在拉拔过程中出现的横裂形态一般有如下几种：第一种与钢丝轴向成一定角度，裂口呈搓衣板状裂纹；第二种是垂直于钢丝轴向的横裂；第三种是龟裂。

2.2.3 润滑不良造成表面三角形裂纹

表面三角形裂纹断口形态为锥形断裂。钢丝表面“爪型”缺陷的出现主要是拉拔时润滑不良造成的，另外，在拉拔过程中，或在拉丝模出口未校准时，钢丝粗糙的表面上的刮削痕也可引起一排“爪型”缺陷。

2.3 盘条表面存在马氏体平齐脆断

对高碳钢而言，为了获得良好的拉拔性能，期望得到非常细薄的珠光体组织（即索氏体），这个组织只能通过相对快速的冷却获得。在生产时，盘条经最终变形后，线材需要通过合适的冷却设备降温几百度。

然而，如果冷却速度控制不当，线材冷速过快，会在局部或整个断面形成贝氏体组织或马氏体组织，这样的组织不适合拉拔，造成平齐脆断。

索氏体化的高碳钢线材表面晶粒较细，在盘条生产线冷却过程中，此时温度相对较高，如果与硬物摩擦，碰撞中能量大部分转化为热能，可使碰撞点瞬时升温，达到奥氏体转变温度，而碰撞区域远比金属基体小，金属的热传导系数很大；在随后的冷却过程中，温度梯度大，碰撞区域的温度瞬间降至马氏体转变点以下的可能性较大，从而在碰撞区表层产生马氏体

3、产生原因改进措施

3.1 中心偏析

偏析实质上局部成分不均，是在结晶过程中发生的。为了抑制偏析，应以提高钢水结晶过程的冷却程度为核心手段，使结晶尽快完成，不使柱状晶发展。应该说，减少偏析最有力的手段是实行连铸，借助结晶器的间接水冷和二冷段的直接水冷，使冷却速度大大提高，加之铸坯端面小，结晶能很快完成，偏析程度减至最小。在连铸机上增设电磁搅拌装置，不但能进一步减轻偏析，还能阻碍疏松产生。

3.2 拉丝模角度

拉拔角是影响拉拔过程杯锥状脆断的重要因素，锥断是由于表层与近心部金属在拉拔方向上流动的不一致而在心部产生拉应力所造成的。

一次拉拔总减面率在60%左右时，钢丝的延伸率低且不稳定，此时选择正确的拉拔角非常重要，否则该阶段很可能出现拉断或形成锥断裂纹源。

此外，拉拔角越大，钢丝可能歪斜的程度就越大，会使表层发热，表层的面缩增加，相对与之接触处的心部塑性下降，也就是说，横截面中心与表层的硬度增大，造成锥断。

3.3 控制轧制

控制轧制是在热轧过程中通过对金属加热制度、温度制度和变形制度的合理控制使热塑性变形与固态相变结合，获得细小晶粒组织，使钢材具有优异的综合力学性能的轧制工艺。对中、高碳钢，低合金钢来说，采用控制轧制工艺主要是通过控制轧制工艺参数、细化变形奥氏体晶粒，经过奥氏体向铁素体的珠光体的转变，形成细化的铁素体晶粒和较为细小的珠光体球团，从而达到提高钢的强度、韧性和焊接性能的目的。

对于高碳硬线，不仅要求不能有网状渗碳体，而且制品企业均要求大规格线材能不经热处理，直接进行高速连续大压缩比拉拔。因此，除了钢质外，还要求大规格高碳线材应是索氏体组织。索氏体片层间距小(0.15-0.25微米)具规整。

3.4 裂纹

从炼钢到产品轧制出厂的整个生产过程中的任何一环节，都有可能发现产生热轧线材裂纹的原因。在熔炼车间，这些原因包括在浇注和钢锭凝固过程中出现的缺陷如应力裂纹、钢锭皮下气泡、铸模缺陷造成钢锭表面结疤和粗大凹痕。在轧制过程中，随着急剧的轧制变形，如果轧辊孔型不合适，轧辊表面过多的磨损甚至损坏，前面粗轧道次的导卫划痕，大块氧化皮被轧入线材以及半成品的粗劣修整等所有的这些缺陷都会产生裂纹。

在深加工过程产生缺陷的原因有：润滑不良使钢丝与盘条直接摩擦、时效时间不够或过酸洗（氢脆）造成钢丝表面产生横裂纹；氧化皮去除不净；高碳硬线明显存在时效现象，用户应在时效后使用、酸洗干净且不过酸洗、润油剂润滑性能优良可避免裂纹的出现。

3.5 “爪型”裂纹

若钢丝表面有小“爪型”迹象，首先考虑改进润滑。硬脂酸钙比硬脂酸钠更可导致较少的“爪型”。

4、结语

4.1 原因

（1）高碳硬线杯锥状脆断主要原因是中心偏析、氮含量超标、拉丝模角度偏大；（2）高碳硬线拉拔横裂纹、“爪型”裂纹主要原因是润滑不良、时效不够、氧化皮去除不净、过酸洗（氢脆）、拉丝模破碎以及盘条表面成分偏析。

4.2 改进措施

（1）优化连铸工艺：过热度、比水量、拉速控制在合适范围，如低过热度、小比水量、低拉速等。结晶器电磁搅拌；（2）控轧控冷，冷却速度大于10℃/s。盘条头尾剪切干净；（3）保证润滑剂润滑质量、优化酸洗工艺，将氧化皮去除干净且不过酸洗，盘条时效后再拉拔，可避免出现拉拔裂纹；（4）拉丝模角度控制在14°，可避免出现人字形裂纹。

作者简介：

于同仁，男，1963年2月出生，高级工程师，马鞍山钢铁股份有限公司技术中心板线所副所长。

刘开升，男，1974年4月出生，助理工程师，马鞍山钢铁股份有限公司技术中心板线所且理工程师。