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摘 要：针对高碳硬线拉拔时容易产生脆断的问题，选取82B高碳硬线为样品，对其断口进行检验，确定产生脆断的主要原因，并提出有效的应对措施。
关键词：高碳硬线；拉拔脆断
中图分类号：TG356 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）12-0247-02
在金属制品行业中，高碳硬线是重要生产原料，在钢绞线及预应力钢丝等的生产过程中应用广泛。但在高碳硬线拉拔实践中发现，脆断率明显升高，严重影响后续生产，对此应引起相关人员高度重视。
1 样品选取和检验
1.1 样品选取
产品跟踪的同时即可取得样品，分析82B高碳硬线，其脆裂产生于拉拔时，以第一二道次为最多。对82B高碳硬线而言，其生产工艺包括：①高炉铁水；②转炉；③LF钢包炉精炼；④真空脱气；⑤连铸；⑥开坯，按（152×152）mm控制规格；⑦轧制；⑧斯太尔摩线控冷。
1.2 样品检验
1.2.1 断 口
断口一般形貌以杯凸状为主，其中一端呈杯状，而另外一端则呈凸状，同时两个断口可以整齐对接。此外，断口处还有缩颈，断口表面不平整，为灰色纤维，具有较强的立体感，用扫描电镜可发现若干浅韧窝。断口的周围很洁净，没有夹杂物。当断口呈劈裂状时为异常断口，没有缩颈，肉眼无法观察到变形量，表面光滑且有一定金属光泽，用扫描电镜可发现解理断口[1]。
1.2.2 夹杂物
肉眼观察断口处没有夹杂物。沿纵向剖开后借助金相显微镜对夹杂物进行评级分析，结果表面夹杂物以0.5级为主，少数为1级，基本满足要求。基于此，夹杂物不是造成样品脆断的主要因素。
1.2.3 金相组织
对于正常样品，其组织大多为S+少量F，其晶粒度保持在9～10级范围内，索氏体化率约85%，均能满足要求。样品经试剂腐蚀后进行显微镜观察，可见心部存在马氏体组织，而其它部位均为索氏体组织，没有脱碳层及网状伸碳体。沿纵向剖开样品进行观察，可见马氏体组织为竹节状。由此可知，样品受拉拔力后，其马氏体处在断裂不连续实际状态，出现若干孔洞及微小裂缝，和索氏体组织有十分明显的差别。
1.2.4 表 面
通过仔细观察得出，断口周围存在表面损伤及结疤问题，主要由样品表面本身存在缺陷或拉拔操作不正规等原因造成。
2 缺陷分析、脆断原因与应对措施
2.1 缺陷分析
2.1.1 马氏体组织
当82B高碳硬线处于风冷条件时，理论上是不会出现马氏体组织的。从常理上讲，盘条表面实际冷速比心部高，即便会出现马氏体组织，也应该在表面出现，而非心部。针对断口周围作线扫描能谱分析，结果表面心部Cr与Mn实际含量比边部高很多。对断口从外到内进行分层车削，然后使用红外碳硫仪对内外层碳的含量进行测定，结果表明碳含量差别很小，即无碳偏析[2]。
Cr与Mn为稳定奥氏体重要元素，使奥氏体处在低温条件，进而发生转变，形成马氏体组织，最终违反常理，在心部出现马氏体组织。心部含有很多Cr与Mn，原因为成分偏析。在连铸时，冷却缓慢，且条件有明显差异，导致枝晶偏析十分严重，造成局部Cr与Mn实际含量偏高，在后续轧制时使C曲线具体位置变化，向右侧移动，在心部由于Cr与Mn偏析导致马氏体产生。心部马氏体组织为硬脆相，在轧制过程中将变成应力集中点，致使拉拔变形时十分容易破碎，形成裂纹源。
2.1.2 表面缺陷
表面缺陷主要包括以下几种：裂纹、结疤、折叠与断丝等。其中，裂纹与结疤在拉拔时将变成应力集中点，在结疤位置上存在的硬脆相受拉拔力作用进入基体，产生裂纹及凹坑，伴随拉拔道次不断增加，裂纹及凹坑持续扩展，进而造成断裂。
2.2 脆断原因与应对措施
2.2.1 炼钢工艺
从上述分析结果中可知，心部Cr与Mn偏析是造成马氏体组织产生的首要因素。为确保索氏体化率满足要求，需加入更多Cr，同时Mn实际含量变化也很大。Cr实际含量在0.32～0.36%范围内，Mn实际含量在0.75～0.90%范围内。经试验，断口Cr实际含量为0.350～0.358%，Mn实际含量为0.832～0.836%，含量偏于上限。基于此，炼钢过程中应缩减Cr与Mn的含量控制范围，同时将Cr降低至0.24～0.28%，Mn含量按0.73～0.82%进行控制，这能抑制Cr与Mn的偏析，从而防止心部马氏体组织的出现。
2.2.2 轧钢工艺
轧钢时，在入炉之前，必须对铸坯质量进行严格把关[3]。现阶段很多钢厂都没有达到铸坯无缺陷的理想程度，加之现场普遍缺乏修磨的条件，采用在入炉前人工挑拣废品的方式，根本无法把关，导致缺陷必然被带至成品，对用户的使用造成影响。对此，应加快修磨系统建设进度，尽早处理缺陷，满足生产的各项要求，从而提高产品质量。
轧制过程中，正确安装并及时更换轧槽，并对各道次实际变形量进行合理调整，使料型和导卫配备达到合理，削弱或避免刮丝及黏钢，从而防止表面缺陷的产生。轧制完成，在冷却时，以线材直径及环境温度和实际变化等为依据，对冷却工艺参数进行调整，确保冷却速度达到稳定状态，从而获得正常组织，防止缺陷产生。
2.2.3 拉拔工艺
选定适宜拉拔角度至关重要。如果角度较过小，则造成模具口严重磨损，使鋼丝表面产生裂纹；而角度过大时，在对钢丝进行拉拔时会产生歪斜，导致表层发热，使心部产生断裂。通过和用户之间的紧密沟通，在实际生产中应将拉拔角度控制在12～14°范围内[4]。
拔丝中润滑往往占据主导地位，如果润滑较差，则会直接擦伤钢丝，出现明显的摩擦疤痕。此外，因模具润滑较差，内壁不光滑或者口处有破损，在盘条通过后会产生线纹，持续拉拔时，在外力作用下，线纹张力增大，达到界限后产生裂纹，甚至劈裂。通过对拉拔工艺过程的动态跟踪发现，很多厂家都使用相同的拔丝设备，并且提供相同批次的盘条，但因所用润滑剂各不相同，所以脆断率也有明显差别，用好润滑剂的厂家，在拔丝过程中基本没有脆断现象。可见，保证润滑良好是防止拉拔脆断关键基础条件。
2.3 改进效果
以上述脆断原因分析成果与应对措施为依据，尤其是减少Cr实际含量，缩减Mn实际含量控制范围，并合理采用的多段电磁搅拌等技术，实际生产质量得到明显提升。实践表明，所生产的线材没有不正常的马氏体组织产生，且Cr与Mn的偏析指数保持在正常范围内。另外，表面质量也得到明显改善，得到用户认可与好评，基本根治了脆断问题。
3 结 论
根据上述分析结果，可得：
（1）心部产生不正常的马氏体组织与表面缺陷的存在是引起脆断现象主要原因。
（2）心部Cr与Mn的偏析是导致马氏体组织产生主要原因。
（3）冶金质量不合格与拉拔操作不规范是造成表面缺陷的主要原因。
（4）对Mn含量控制范围进行缩减，并减少Cr，能有效减轻由偏析造成的影响及问题。
（5）必须确保拉板工艺满足要求，根据实际情况进行工艺改进，以保证产品质量，从本质上避免脆断的产生。
参考文献
[1]董 捷，陈 林，吕 刚.小方坯生产SWRH82B高碳硬线研究与实践[J].包钢科技，2017，43（02）：35～37+48.
[2]胡 明，翟有有，付红卫.高碳硬线钢洁净度控制及改进[J].甘肃冶金，2017，39（02）：11～13.
[3]桂仲林，张正林，王向红.高碳硬线钢小方坯末端电磁搅拌工艺实践[J].上海金属，2016，38（03）：48～52.
[4]张 坤，陈 伟.60高碳硬线钢的生产实践[J].云南冶金，2014，43（05）：54～59.
收稿日期：2018-3-23
作者简介：杨 涛（1989-），男，助理工程师，本科，主要从事材料成型及控制工程工作。
关键词：高碳硬线；拉拔脆断
中图分类号：TG356 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）12-0247-02
在金属制品行业中，高碳硬线是重要生产原料，在钢绞线及预应力钢丝等的生产过程中应用广泛。但在高碳硬线拉拔实践中发现，脆断率明显升高，严重影响后续生产，对此应引起相关人员高度重视。
1 样品选取和检验
1.1 样品选取
产品跟踪的同时即可取得样品，分析82B高碳硬线，其脆裂产生于拉拔时，以第一二道次为最多。对82B高碳硬线而言，其生产工艺包括：①高炉铁水；②转炉；③LF钢包炉精炼；④真空脱气；⑤连铸；⑥开坯，按（152×152）mm控制规格；⑦轧制；⑧斯太尔摩线控冷。
1.2 样品检验
1.2.1 断 口
断口一般形貌以杯凸状为主，其中一端呈杯状，而另外一端则呈凸状，同时两个断口可以整齐对接。此外，断口处还有缩颈，断口表面不平整，为灰色纤维，具有较强的立体感，用扫描电镜可发现若干浅韧窝。断口的周围很洁净，没有夹杂物。当断口呈劈裂状时为异常断口，没有缩颈，肉眼无法观察到变形量，表面光滑且有一定金属光泽，用扫描电镜可发现解理断口[1]。
1.2.2 夹杂物
肉眼观察断口处没有夹杂物。沿纵向剖开后借助金相显微镜对夹杂物进行评级分析，结果表面夹杂物以0.5级为主，少数为1级，基本满足要求。基于此，夹杂物不是造成样品脆断的主要因素。
1.2.3 金相组织
对于正常样品，其组织大多为S+少量F，其晶粒度保持在9～10级范围内，索氏体化率约85%，均能满足要求。样品经试剂腐蚀后进行显微镜观察，可见心部存在马氏体组织，而其它部位均为索氏体组织，没有脱碳层及网状伸碳体。沿纵向剖开样品进行观察，可见马氏体组织为竹节状。由此可知，样品受拉拔力后，其马氏体处在断裂不连续实际状态，出现若干孔洞及微小裂缝，和索氏体组织有十分明显的差别。
1.2.4 表 面
通过仔细观察得出，断口周围存在表面损伤及结疤问题，主要由样品表面本身存在缺陷或拉拔操作不正规等原因造成。
2 缺陷分析、脆断原因与应对措施
2.1 缺陷分析
2.1.1 马氏体组织
当82B高碳硬线处于风冷条件时，理论上是不会出现马氏体组织的。从常理上讲，盘条表面实际冷速比心部高，即便会出现马氏体组织，也应该在表面出现，而非心部。针对断口周围作线扫描能谱分析，结果表面心部Cr与Mn实际含量比边部高很多。对断口从外到内进行分层车削，然后使用红外碳硫仪对内外层碳的含量进行测定，结果表明碳含量差别很小，即无碳偏析[2]。
Cr与Mn为稳定奥氏体重要元素，使奥氏体处在低温条件，进而发生转变，形成马氏体组织，最终违反常理，在心部出现马氏体组织。心部含有很多Cr与Mn，原因为成分偏析。在连铸时，冷却缓慢，且条件有明显差异，导致枝晶偏析十分严重，造成局部Cr与Mn实际含量偏高，在后续轧制时使C曲线具体位置变化，向右侧移动，在心部由于Cr与Mn偏析导致马氏体产生。心部马氏体组织为硬脆相，在轧制过程中将变成应力集中点，致使拉拔变形时十分容易破碎，形成裂纹源。
2.1.2 表面缺陷
表面缺陷主要包括以下几种：裂纹、结疤、折叠与断丝等。其中，裂纹与结疤在拉拔时将变成应力集中点，在结疤位置上存在的硬脆相受拉拔力作用进入基体，产生裂纹及凹坑，伴随拉拔道次不断增加，裂纹及凹坑持续扩展，进而造成断裂。
2.2 脆断原因与应对措施
2.2.1 炼钢工艺
从上述分析结果中可知，心部Cr与Mn偏析是造成马氏体组织产生的首要因素。为确保索氏体化率满足要求，需加入更多Cr，同时Mn实际含量变化也很大。Cr实际含量在0.32～0.36%范围内，Mn实际含量在0.75～0.90%范围内。经试验，断口Cr实际含量为0.350～0.358%，Mn实际含量为0.832～0.836%，含量偏于上限。基于此，炼钢过程中应缩减Cr与Mn的含量控制范围，同时将Cr降低至0.24～0.28%，Mn含量按0.73～0.82%进行控制，这能抑制Cr与Mn的偏析，从而防止心部马氏体组织的出现。
2.2.2 轧钢工艺
轧钢时，在入炉之前，必须对铸坯质量进行严格把关[3]。现阶段很多钢厂都没有达到铸坯无缺陷的理想程度，加之现场普遍缺乏修磨的条件，采用在入炉前人工挑拣废品的方式，根本无法把关，导致缺陷必然被带至成品，对用户的使用造成影响。对此，应加快修磨系统建设进度，尽早处理缺陷，满足生产的各项要求，从而提高产品质量。
轧制过程中，正确安装并及时更换轧槽，并对各道次实际变形量进行合理调整，使料型和导卫配备达到合理，削弱或避免刮丝及黏钢，从而防止表面缺陷的产生。轧制完成，在冷却时，以线材直径及环境温度和实际变化等为依据，对冷却工艺参数进行调整，确保冷却速度达到稳定状态，从而获得正常组织，防止缺陷产生。
2.2.3 拉拔工艺
选定适宜拉拔角度至关重要。如果角度较过小，则造成模具口严重磨损，使鋼丝表面产生裂纹；而角度过大时，在对钢丝进行拉拔时会产生歪斜，导致表层发热，使心部产生断裂。通过和用户之间的紧密沟通，在实际生产中应将拉拔角度控制在12～14°范围内[4]。
拔丝中润滑往往占据主导地位，如果润滑较差，则会直接擦伤钢丝，出现明显的摩擦疤痕。此外，因模具润滑较差，内壁不光滑或者口处有破损，在盘条通过后会产生线纹，持续拉拔时，在外力作用下，线纹张力增大，达到界限后产生裂纹，甚至劈裂。通过对拉拔工艺过程的动态跟踪发现，很多厂家都使用相同的拔丝设备，并且提供相同批次的盘条，但因所用润滑剂各不相同，所以脆断率也有明显差别，用好润滑剂的厂家，在拔丝过程中基本没有脆断现象。可见，保证润滑良好是防止拉拔脆断关键基础条件。
2.3 改进效果
以上述脆断原因分析成果与应对措施为依据，尤其是减少Cr实际含量，缩减Mn实际含量控制范围，并合理采用的多段电磁搅拌等技术，实际生产质量得到明显提升。实践表明，所生产的线材没有不正常的马氏体组织产生，且Cr与Mn的偏析指数保持在正常范围内。另外，表面质量也得到明显改善，得到用户认可与好评，基本根治了脆断问题。
3 结 论
根据上述分析结果，可得：
（1）心部产生不正常的马氏体组织与表面缺陷的存在是引起脆断现象主要原因。
（2）心部Cr与Mn的偏析是导致马氏体组织产生主要原因。
（3）冶金质量不合格与拉拔操作不规范是造成表面缺陷的主要原因。
（4）对Mn含量控制范围进行缩减，并减少Cr，能有效减轻由偏析造成的影响及问题。
（5）必须确保拉板工艺满足要求，根据实际情况进行工艺改进，以保证产品质量，从本质上避免脆断的产生。
参考文献
[1]董 捷，陈 林，吕 刚.小方坯生产SWRH82B高碳硬线研究与实践[J].包钢科技，2017，43（02）：35～37+48.
[2]胡 明，翟有有，付红卫.高碳硬线钢洁净度控制及改进[J].甘肃冶金，2017，39（02）：11～13.
[3]桂仲林，张正林，王向红.高碳硬线钢小方坯末端电磁搅拌工艺实践[J].上海金属，2016，38（03）：48～52.
[4]张 坤，陈 伟.60高碳硬线钢的生产实践[J].云南冶金，2014，43（05）：54～59.
收稿日期：2018-3-23
作者简介：杨 涛（1989-），男，助理工程师，本科，主要从事材料成型及控制工程工作。