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)
Abstract
Thispapermainlyanalyzedthe
content
reason
forself—break
on
head
or
tailof82Bwirerodin
a
winter,foundthathydrogenlotofdamage
to
andinnerstressfromcontrolledrollingandcoolingwilldo
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plasticityof82Bwirerod,thatis
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area
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orstress
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reason
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stress
aging.By
researchwefoundthe
forhydrogenand
increase。
andtakemeasures
tO
solvetheproblemofself—breakof82Bwirerodinwinter.
Keywords82Bwirerod;break
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
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- 高碳钢 头尾 原因 分析