高碳钢头尾脆断原因分析.docx

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高碳钢头尾脆断原因分析

高碳钢头尾脆断原因分析

周

德王全礼

（首钢技术研究院

孔祥涛

北京

陈明跃

１０００４１）

摘要本文对冬季生产８２Ｂ盘条头尾发生自断的原因进行了研究，研究表明：

８２Ｂ盘条冬季发生自断的原因是

Ｈ含量控轧控冷过程中产生的内应力偏高，造成盘条下线时面缩偏低有关。

如不经时效便直接打捆运输，导致盘条在缺陷及应力集中位置发生自然断裂。

并找到了生产过程中造成Ｈ含量和应力偏高的原因，采取控制冶炼过程

中辅料的水分含量和盘条下线后进行保温的办法，降低了盘条中的Ｈ和残余应力含量，提高了打捆、运输时盘条的塑性，解决了冬季８２Ｂ盘条的自断问题。

关键词８２Ｂ盘条；断裂

Ａｎａｌｙｓｅｓｏｆ

ｃａｕｓｅｓ

ｆｏｒｓｅｌｆ—ｂｒｅａｋｏｆ８２Ｂｗｉｒｅｒｏｄ

Ｚｈｏｕ

Ｄｅ，ＷａｎｇＱｕａｎｌｉ，Ｋｏｎｇｘｉａｎｇｔａｏ，ＣｈｅｎＭｉｎｇｙｕｅ

（ＳｈｏｕｇａｎｇＴｅｃｈｎｉｑｕｅａｎｄＲｅｓｅａｒｃｈＤｅｐａｒｔｍｅｎｔ，１０００４１）

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８２Ｂ盘条是一种高强度、高硬度材料，目前通过控轧控冷工艺路线生产规格为０１３ｍｍ的８２Ｂ盘条强度能达到１２００Ｍｐａ左右。

由于控轧控冷过程中产生的轧制应力、温度应力及盘条中气体没有充分的扩散，导致盘条下线时面缩很低，特别是冬季生产时，盘条热检面缩仅为５％左右（８２Ｂ的供货要求时效后面缩控制在２５％以上），在此种状况下打捆运输时极容易在应力集中位置发生断裂现象，断裂现象如图１．１所示。

首钢２００４年冬季生产的大规格８２Ｂ盘条发生自断现象最严重的一次，４００吨（２２７捆）发生４１次自然断裂现象，严重影响了产品的形象。

从２００５年开始，首钢通过研究产生自断的原因，采取保温、降低气体含量等措施，解决了冬季８２Ｂ脆断问题。

１脆断原因分析

８２Ｂ盘条在拉拔过程中发生的断裂现象主要有三种：

尖锥状断裂、斜茬状断裂、平直状断裂，经过观察分析发现，冬季８２Ｂ用户在没有使用前发生的断裂（自断）形貌均为平直状的典型脆性断口，同时冬季８２Ｂ自断的发生有以下几个特点：

（１）发生时间的规律性：

８２Ｂ发生自断都发生在冬季，夏季基本没有发生；

（２）断口形貌的一致性：

发生自断的断口均为平直的脆性断口，断裂现象如图１．２所示：

（３）发生自然断裂的规格都较大（＞０１２ｍｍ），小规格很难发现有自然断裂的现象；

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图ｌ

８２Ｂ头尾自断现象

自然断裂型貌

图２断口型貌

没进拉丝模发生脆断型貌

从发生断裂现象的几个特点来看ｔ大规格８２Ｂ冬季发生自断现象是一种典型的脆断现象，发生脆断的原因是钢材塑性偏低，体现钢材塑性的一个关键指标是钢材的面缩．研究表明，８２Ｂ盘条的面缩跟时效时间有很大的关系，具体情况参见表１。

表１

８２Ｂ面缩与时间的关系

从上表可“看出，冬季生产８２Ｂ盘条下线时检测的面缩比夏季明显偏低，同时夏季面缩到２５“的时间大约为５天左右，而冬季却需要２５天，冬季生产的８２Ｂ盘条时效时间明显长于夏季生产的盘条。

２解决措施

对于热轧盘条，通常要求时效３天后才能发货，受场地的限制，盘条下线后必须直接打捆运输，由于此时盘条面缩较低，塑性很差。

在运输过程中，盘条在捆绳力及盘条与盘条、盘条与车厢挤压力等外力的作用下．便发生了脆断。

２．１

Ｈ的研究

从断口的形貌可“看见有爪裂纹及发纹，说明在外力作用下，在Ｈ富集及应力集中位置首先发生断裂，

产生了以沿晶裂纹为主的脆性断口，具有高强度钢氢脆断口的特征。

８１２

一般钢中含Ｈ量在５×１０叫就可以引起氢脆断裂，高强度钢中含Ｈ量大于ｌ×１０叫就可以引起氢脆，即使钢中含Ｈ量小于１×１０，由于压应力的作用，处在点阵间隙中的Ｈ原子团通过扩散集中与缺口所产生的应力处，氢原子与位错的交互作用，使位错位线被盯扎。

不能自由活动，从而引起断裂口］。

通过对冶炼８２Ｂ过程中Ｈ进行跟踪检测，数据如图２所示。

有资料表明，对于冶炼含ｃｒ较高的钢种，为了保证钢材不出现由于Ｈ导致的Ｈ脆或Ｈ致延迟断裂，冶炼过程中Ｈ应控制在４ＰＰｍ虬下，从上图可以看出首钢在冶炼８２Ｂ过程中Ｈ含量偏高。

通过对对冶炼８２Ｂ过程中使用的辅料进行了抽样检测．发现冶炼过程中使用的原辅料存在水分超标现象，特别是使用的中包覆盖剂，检测超标的概率很大，检测结果见表２：

由于冶炼８２Ｂ过程中没有使用ＲＨ、ＶＤ等去Ｈ设施，对炼钢原料没有烘烤措施，是导致冶炼８２Ｂ过程中Ｈ偏高的主要原因。

针对此种情况．要求现场在冶炼８２Ｂ时，采取改进中包覆盖剂，冶炼８２Ｂ使用低水分的中包覆盖剂；加强炼钢使用的原辅料的堆放管理。

避免被雨水浇淋；雨季生产８２Ｂ炼钢厂进行铸坯

表２中包覆盖剂水分表

圉３冶炼８２Ｂ过程中Ｈ的变化

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进行堆跺缓冷等措施；通过这些措施后ｔ课题组又对冶炼过程中的Ｈ进行了抽查，结果如下图

从图中可以看出，通过采用一些措施后，中包３０分钟的Ｈ比以前下降了大致２ＰＰｍ。

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２残余应力的研究

盘条的残余应力是在元外力作用时，以平衡状态存

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在于物体内部的应力，线材热轧后的残余应力主要是热应力和相变组织应力，其太小与线材的成分和直径有关。

残余应力直接影响钢材（特别是高碳钢）的塑性指标，所以高碳钢国标要求时效３天后才能进行拉力检测，残余应力的大小直接影响到时效时间的长短。

所以为了降低时效时问，从残余应力方面着手，一种方式是降低产生的残余应力，另一种方式是加快残余应力的释放；课题组进行了如下的研究：

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图４采取措施后Ｈ的情况

１降低生成的残余应力

在线材的生产过程中产生的残余应力大致来自于３十方面：

（１）轧制变形过程中产生的轧制应力；（２）生

产过程中钢材温度的变化产生的温度应力；（３）相变过程中产生的组织应力；轧制应力主要与轧制速度、每道次的变形量有关，不可能从轧制及控冷工艺方面进行调整；为了满足用户的使用条件，通过控轧控冷生产的盘条组织要求为索氏体含量控制在８５％以上，所以组织应力也是一定的．唯一能改变的就是温度应力。

早期摩根高速线材厂轧后控冷分布大致如下图所示．钢材经过精轧机组后，进入１

２＃水箱进行玲却。

然后经过一段回温段，再进入３＃水箱进行二次水冷，目的是让心部与边部温度尽可能的均匀一致，避免出现急冷，导致盘条心部与边部产生很大的温度梯度，从而避免产生较大的温度应力。

以前生产大规格８２Ｂ时控冷温度控制为：

＾精轧温度：

１０００

１０４０℃吐丝温度：

８４０—８８０＂Ｃ

２；水箱全部开启，通过适当调整３＝水箱的阀门开启来控制吐

８１３

现场工人为了加快调整速度，往往将１

圈５高线水冷线分布图

丝温度，没有很好利用１

２＃永箱与３＃水箱之间的缓温段，在这区间钢材温度波动最大能达到２００＂Ｃ。

针对此种情况，建议在精轧前上一套预水冷系统，同时在进３＃水箱增加一台测温仪，控制进３＃水箱的温度。

优化后的控冷制度为：

入精轧温度：

９２０

９７０℃进３＃水箱温度：

９２０—９４０℃吐丝温度：

８４０

８８０＊（２

优化将此区间的最大温差比以前降低了７０℃，同时很好的使用了１段，降低了钢材产生的温度应力。

２

２＃水箱与３＃水箱之间的缓温

２．２加快残余应力的释放

残余应力的释放与温度存在直接的关系。

温度高释放速度快，温度低释放速度慢，所以要加快残余应力

的释放，需增加盘条相变后在高温段的停留时间，具体采取了以下几项措施：

降低相变后辊道速度，并加盖保温罩，增加相变后盘条在高温段的停留时间；

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时效时间（火）

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盘条下线后采取保温措施：

一种方法是从集卷到打捆修建保温通道，让盘条在保温通道内保温２—３小时后在打捆运输；另一种方式是修建了保温库，盘条入库后８小时方可装车发货，并且盘条下集卷到人保温库盘条此段时间对盘条加盖石棉布进行保温。

３

实施后的结果：

通过以上这些措施，取得了较明显的效果，盘条面缩情况较以前有了明显的改善，具体结果如下图所示：

从上表可以看出，首钢通过研究Ｈ和残余应力对钢材面缩的影响，盘条下线时的面缩高线从８％提高到了１３％，一线达到了１８％，面缩达到３０％的时效时间比以前缩短了近１０天，基本解决了盘条的脆断问题。

４

结论

８２Ｂ盘条冬季发生自断的原因是盘条下线时塑性较差，下线后立即打捆、运输过程，造成盘条在内应力

与打捆、盘条与盘条及盘条与车厢撞击的外力作用下，极容易在盘条有缺陷和应力集中位置发生自然断裂。

为了避免盘条自断的发生，一种方式是盘条时效后才打捆运输，另一种方式是通过优化工艺降低盘条中Ｈ的含量和降低轧制过程中的残余应力，提高盘条下线时的面缩。

参考文献

［１３张璞・浅谈氢脆与镀前消除应力和镀后除氢处理・电镀与环保，２００５（１１）：

１１—１２

８１５