中碳钢丝拉拔断裂原因分析及改进措施_王利明

1、第38卷第4期2010年8月现代冶金Vol.38No.4Aug.2010中碳钢丝拉拔断裂原因分析及改进措施王利明,杨恒,吴建峰,孟庆辉,刘礼华(江苏法尔胜泓集团有限公司,江苏江阴214433)摘要:分析中碳钢丝拉拔断裂的形成原因,并提出了相应的改进措施,在压缩率高达98.7%的条件下生产出了强度大于2400MPa的中碳钢丝。关键词:拉拔;中碳钢丝;断裂中图分类号:TG356.4+7原因统计,从表1统计的数据可以看出,引起断丝的引言现代化装备条件下的钢丝生产是一个高速连续的过程,生产中若发生断丝现象会导致整条生产线停止工作,不仅严重影响了生产的连续性,降低了生产效率,且提高了生产成本。中碳钢丝高

2、压缩率拉拔过程中断丝较为严重,降低拉拔断丝率的显现更加重要。影响拉拔断丝的原因很多,包括原材料材质、生产工艺等251三大原因所占断丝总比例相近,各占1/3左右。然而对于不同的钢种,影响断丝的主要因素不尽相同。中碳钢的主要断丝原因是由于表面质量,占40%左右;三种问题均存在于各种规格类型钢丝的生产过程,表面质量是导致中碳钢拉拔断裂的主要形式。2中碳钢丝拉拔断裂原因分析2.1原材料冶金质量引起的断裂由原材料冶金质量引起的钢丝拉拔断现象主要。1中碳钢丝拉拔断裂形式在钢丝绳生产现场进行拉拔断丝跟踪,收集了300多个断口,材料包括:中碳钢、60#、70#、72A、SWRH82A等。断口绝大部分是来自生产

3、现场的大中拉车间,其中以中碳钢为主。表1为各种钢种断丝表1各个钢种断丝原因统计断裂原因钢种不均匀形变数量中碳钢60#70#比例/%表面质量数量比例/%材料内部质量数量比例/%其他数比例量/%2.51.4有以下2类:2.1.1夹杂物引起的断裂钢中存在分散分布的夹杂、点状氧化物,这种非金属夹杂物的存在,在拉拔和捻制变形时,破坏了钢丝基体的连续性,造成应力集中,一旦受到拉应力或切应力的作用,沿夹杂物方向就产生裂纹,造成钢丝拉拔、捻制时易断裂。此类断口宏观形貌特点:以夹杂物为中心形成一放射区,为断裂的裂纹源区;断口附近钢丝表面无明显缺陷,如图1所示。图2是图1(a)所示断口裂纹源上发现的夹杂物形貌,其

4、尺寸较大,约100 采用能谱分析夹杂物m。的化学成分,结果见表2。由表2可以看出,夹杂物成分与炉渣、耐火材料成分吻合,属于冶金质量问题。表2夹杂物化学成分/%元素成分w(Al)54.23w(Si)16.75w(Ca)22.87w(Fe)6.157034.3882230.1251431.115416.0843.14134.32633.31632.01320.1535.635.652.027.75SWRH82A总计11031.713639.296收稿日期:2010-03-12:(E51B09),第4期王利明,等:中碳钢丝拉拔断裂原因分析及改进措施9图1夹杂物引起断裂(中碳钢)图4表面缺陷引起断口(

5、中碳钢)图2夹杂物形貌图5钢丝断口附近表面舌状裂纹(中碳钢)2.1.2成分偏析引起的断裂此类断口形貌特点(见图3(a):裂纹源区存在一个黑色区域;裂纹源区无明显夹杂,断口附近钢丝表面无明显缺陷。图3(b)为断口附近纵剖面形貌,图中左侧网状渗碳体区域对应于断口上的黑区。对断口黑区进行能谱分析发现Al(3.65%)、Si(1.05%)含量严重超标。图6钢丝表面横向裂纹(中碳钢)图6所示为钢丝表面横向裂纹,这是润滑不良的显著表现。若表面缺陷非常严重,可能会导致拉丝过程中就发生断裂;未导致拉拔断丝的表面缺陷则会为后续加工埋下了隐患,特别是绞线成绳阶段发生绞线断丝,因为绞线过程钢丝承受一定的扭转应力对表

6、面裂纹更为敏感(绞线断口统计结果表明有65%的绞线断裂起源于表面缺陷)。图7,8所示都是由于盘条表面损伤引起的脆断,这类断口断于氧化皮剥离工艺段。从断口形貌上图3材料偏析引起的断裂(武钢60#,6.5mm)2.2表面缺陷引起的断裂冷拉钢丝表面不得有裂纹、折叠、结疤、耳子、分层等轧制缺陷。原料中会不同程度地出现表面缺陷,主要为表面裂纹及折叠,这些缺陷极有可能在金属的表面、次表面或内部形成裂纹,并在拉拔和捻制过程中继续发展和扩大,使金属强度剧烈下降,甚至断裂。此类断口呈漏斗形(见图4),漏斗柄(如图4中箭头所示)附近可以发现严重的表面缺陷,此类断口是由表面缺陷扩展引起断裂。图5所示的舌状裂纹图7盘

7、条表面损伤引起的脆断(宝钢SWRH82A,5.510现代冶金第38卷图8盘条表面损伤引起的脆断(武钢60#,6.5mm)具不合格(变形带偏心)。从图11中可以看出,在、两种情况下,内弯处的材料模具正应力作用较小,变形条件恶劣,易产生裂纹导致断丝。此类断口的改进措施相对简单,在生产现场发现此类断口,应马上检查模具位置是否安放正确或检测模具变形带是否对称,并且及时做出调整或者更换模具,防止断丝的连续发生,影响生产。可以看出,断裂分别起源于A,B,在A,B处对应的盘条表面都发现有表面缺陷。这类断口多发生于高碳钢丝生产过程中,主要是因为高碳钢强度高,缺口敏感性较高,对盘条表面质量有较高的要求,低、中碳

8、钢很少发现此类断口。2.3模具变形带偏心或模具安放不对中引起的断裂这类断口主要有两种形貌:V形和楔形(见图9),通过对比研究,认为两类断口应属于一种类型。其断面比较光滑,裂纹起源于钢丝表面,断口附近钢丝表面状况良好,可以判断该类断口不是由于前道拉拔或原材料的表面缺陷引起的。图11偏心变形示意图3改进措施及效果根据上述分析结果,在生产中采取了以下工艺改进措施:(1)保持道次压缩率不变的条件下,适当增大模具工作锥角度以减少钢丝和模具间接触面积,降低表面缺陷形成的倾向。(2)减小干拉模具润滑锥角度,有利于其与工作锥的平滑过渡,为得到楔角效应提供有利条件。(3)增大湿拉模具润滑锥角度,有利于润滑剂进入

9、工作锥,改善润滑。(4)严格控制拉丝模安装位置,保证对中性;提高修模质量,确保变形锥对称性。(5)严格控制原料冶金质量和表面质量。经上述工艺改进,钢丝拉拔工艺的稳定性得到了较大改善,可以在压缩率高达98.7%的条件下生产出强度大于2400MPa的中碳钢丝。参考文献:1戴宝昌.重要用途线材制品生产新技术M.北京:冶金工业出版社,2001.2尹涛,吕英臣,尹万全.港口用钢丝绳断裂失效分析J.金属制品,2008,34(2):2025.3徐萍,王伯健,马雪姣.高碳钢丝生产中的失效分析J.材料开发与应用,2008,23(4):812.4尹涛,尹万全.钢丝绳钢芯早期断裂失效分析J.金属制品,2009,35(3):6265.5林德均.制绳钢丝断裂原因显微分析J.金属制品,图9模具偏心引起断口此类断口一般断于模具附近,具有一个共同的特点就是变形不均匀(见图10),处于变形带中的钢丝只有一边发生变形而另一边基本