优硬线盘条缺陷及深加工

优硬线盘条缺陷及深加工脆断典型图谱11.

前言

优硬线盘条作为钢丝制品的原材料，其质量如何直接影响到钢丝的深加工生产和成品钢丝的最终性能。近十几年来，由于国内各钢铁企业不断从国外引进先进的冶炼和线材轧制设备和技术，使国产线材的总体质量水平有了较大幅度的提高，但因盘条内部缺陷引起的质量问题还时有发生，如缩管残余、非金属夹杂物、裂纹、偏析、氮含量高、网状渗碳体等，正是由于这些缺陷给各制品厂家的生产和经营带来极大的不利。另外，近年来由于线材深加工市场的竞争，制品企业为了降低成本等，在深加工过程中违反正常加工工艺，造成了断丝现象，影响了产品的最终质量。“VereinDeutscherEisenhuttenleute”轧钢协会盘条分会根据产生原因、检测、外观形态等，对盘条常见缺陷进行了分类和定义，按一般发生率的顺序分类如下：①裂纹、②折叠、③耳子、④轧入的外来物质、⑤划伤、⑥辊印、⑦辊裂印痕、⑧粗糙面、⑨疤皮、⑩心部偏析、⑾表面脱碳、⑿硬点。用典型的缺陷图谱及其描述有助于：缺陷的早期检测和消除可能产生的缺陷的原因；缺陷命名的标准化；统一生产厂和线材深加工单位之间的标准。为教育目的提供图片材料。

本研究通过调研有关资料和公司生产的优硬线盘条与用户拉拔过程中出现的缺陷形态和原因，按表面缺陷、组织、硬点、非金属夹杂物、缩孔进行了分类分析。22.

表面缺陷

盘条常见的表面缺陷有耳子、折叠、断续裂纹、结疤及麻点，这些缺陷在钢丝拉拔过程中难以消除，容易产生脆断，对成品钢丝的扭转值产生不良影响或产生扭裂。具体分类[2]如下：32.1裂纹[2][3]

裂纹在线材中的分布是不连续的，它是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。钢丝中裂纹产生的原因主要有[1]：①

盘条表面有耳子、椭圆，拉拔时钢丝在模具中不均匀变形从而产生微裂纹（又称横裂纹）。②

盘条存在折叠缺陷时，破坏了金属沿变形方向的连续性，因此拉拔时容易产生微纹。③

盘条表面的氧化皮酸洗不净便进行拉拔，氧化皮和基体不能同时进行均匀变形，从而造成拉拔后的钢丝表面存在微裂纹；④

盘条表面过酸洗，容易使盘条表面的氢不容易排出，产生氢脆，还可使得盘条表面过于粗糙，拉拔时容易产生裂纹。⑤

磷化质量差，如磷化膜过薄或过厚。过薄，拉丝粉不容易带入。过厚，磷化膜附着力不牢固，容易脱落，拉丝粉不容易带入，两者均可造成钢丝拉拔时润滑不良，表面产生微裂纹。⑥

其他原因。如模盒位置不正，模口破损，润滑不良或偏心，容易造成表面划伤，产生微裂纹。4产生原因：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，所有的这些缺陷都会产生裂纹。在轧钢厂，产生缺陷的原因有：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。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，拉拔时氧化皮和基体不能同时进行均匀变形，造成拉拔后的钢丝表面存在微裂纹；拉丝模入口角度不对造成钢丝芯部产生人字形裂纹等。

检测：用化学或机械方法去除线材表面氧化皮后，可以通过肉眼或低倍放大检测大尺寸或中等尺寸的裂纹。用扭转法施加少许扭转可以在不去除氧化皮的情况下发现裂纹。磁力探伤，冷顶镦和热顶镦试验或涡流试验方法都可以检测出裂纹。在所有的试验中，裂纹的深度必须分别来确定。可以通过锉或研磨来测。通过断面微观检测可以得到更为精确的结论。因为被腐蚀的断面也能表明裂纹的起源。与其它缺陷混淆的可能性：裂纹可能被误认为折迭，深划痕或磨痕，结疤残余或移位偏析残余。5图1盘条横截面，65钢，硝酸酒精腐蚀，100倍图1所示：一个倾斜的纵向裂纹在靠近表面区内充满氧化皮，并且靠近心部焊合，裂纹的侧面伴随着脱碳。脱碳区十分明显说明该裂纹是在钢最近一次加热之前就已经存在。6图265Mn钢丝横裂纹宏观形貌图365Mn钢丝横裂纹钢丝酸洗后宏观形貌7图465Mn钢丝横裂纹金相组织照片3%硝酸酒精腐蚀100倍图2、3、4所示为φ12.5mm65Mn盘条拉拔到φ6.5mm时，表面横裂纹宏观形貌，裂纹有规则的垂直于钢丝轴向，且该区域钢丝表面明显发亮，裂纹内没有夹杂，尾部变形明显，组织正常，为拉拔时润滑不良，钢丝与拉丝模直接摩擦所致。8图565Mn钢丝龟裂纹宏观形貌图5所示为φ8mm65Mn盘条拉拔至φ6.5mm酸洗后龟裂纹宏观形貌，形状不规则，裂口较大，深度小于1.0mm，断续分布。裂纹区域金相组织检验发现，该区域碳成分局部存在严重偏析，即产生原因为成分偏析。92.2折迭

折迭在线材中呈不连续分布，一般或多或少与线材表面呈某一角度分布。它们通常很长且形状相似，几乎总是纵向分布在线材中，一个或多个相似的缺陷均匀分布于线材的周围。有时，它们也以两条平行线的形态出现。产生原因：孔型过充满最容易导致折迭，当线材轧制时，线材被压入辊缝引起折迭，并在其后的道次中压入线材表面。加大压缩比或孔型不合适时，会导致过充满。当没有充分填满轧制孔型时，也会出现折迭，断面上“缺块”地方在轧制孔型中折迭。仅在断面一侧的折迭也可能因导位校准不当引起。多机架连续轧制时，在粗轧孔型中不可能完全避免棒材末端过充满，即便对轧机精密调整，还有可能导致折迭。轧制温度的不均匀传播和剧烈的波动也可能引起折迭。材料缺陷如长形缩孔、偏析，外部夹杂等也可能引起折迭。因为这些缺陷阻碍了材料正常的形变行为。10检测：

在裂纹部分提到的试验方法，如去除氧化皮、扭转、顶镦，磁力和涡流试验方法同样适合检测折迭和确定它们的尺寸。区别折迭和其它外形相似的缺陷是比较困难的。

折迭和裂纹通常是根据其典型的外形和缺陷的分布来区分的，如折迭缺陷呈两条平行线状或不连续状均匀分布在断面上及周围。

与其它缺陷混淆的可能性：

折迭可能会被误认为裂纹、划痕或磨痕，结疤残余或热脆性。

图6折叠的宏观形貌11图7缺陷是由粗轧孔型中过充满引起的。12132.3耳子

耳子是纵向延伸的窄卷边。产生原因：精轧孔型调整不当造成过充满可能会引起几组耳子均匀分布在线材周围。如果出现单个耳子，主要是因为导卫调整偏向一侧。耳子遍布一个或多卷线材的全长。当多机架连轧时，由于张力原因，线材卷端部不可避免会出现耳子，过充满的端部必须剪掉。当轧制温度波动太大时，形成独立的耳子或结块，厚度也不一。长形缩孔，粗大偏析和大块的夹杂物也有可能产生不同形状和长度的耳子。检测：耳子能用肉眼识别。如果内部缺陷是由耳子引起的，可通过断口或横断面试样检测，线材中较深的缺陷也可以通过超声波检测。与其它缺陷混淆的可能性：耳子不可能与其它缺陷混淆。14图8线材两侧的耳子是由精轧孔型过充满引起的图9φ6.5mm70钢盘条一边成扁平状，3%硝酸酒精腐蚀，100倍图9为φ6.5mm70钢盘条一边成扁平状，遍布多圈盘条，组织正常，轧制调整不当所致。152.4外部物质嵌入

该缺陷是由外来的不同尺寸的各类外来物质嵌入轧制产品中而形成。产生原因：在生产过程中，轧件与金属或非金属材料接触。部分物质嵌入轧件表面。有时金属外来物可能会与轧件焊合。当最初形成的氧化皮（轧制前轧件在加热炉里形成的氧化皮没有除去）和炉内用来隔离不同钢号钢的砖块、包装带、薄板及线材被带入第一架轧机时，导致缺陷，称为外部物质轧入。这些缺陷也有可能是由于部分导卫松动，开裂或断裂造成的。半成品中形成的结疤，轧件上掉下的铁屑和碎片、氧化皮残余物，也能引起导卫结垢，在轧制中，外部物质或外来物可能会被压碎轧入轧件。检测：外部物质轧入可以通过肉眼或低倍检验。对外来物质的微观检验或化学分析可以确定缺陷的起源。与其它缺陷混淆的可能性：该缺陷不可能与其它缺陷混淆。16图10线材表面轧入的氧化皮引起凹陷。172.5划痕

划痕是象沟槽一样沿纵向延伸。随缺陷的根源的不同，划痕的形状和尺寸有很大的变化。缺陷从微小的，尖的几乎象裂纹一样的凹痕变化到大的平底的沟槽，边缘部分地凸出或重叠。产生原因：划痕是轧件被尖锐的物体擦伤形成的。轧件上的氧化皮或轧件上的小颗粒粘在导卫表面造成其不平、导位加工粗劣，磨损或开裂都有可能产生划痕。线材冷却后在导卫入口处与其产生不明显粘合会引起这种缺陷。在前面道次中，已经产生的划痕可能或多或少被其后序道次叠轧。检测：划痕可以通过肉眼或低倍检测。在氧化皮存在的条件下也可检测。不同于裂纹或折迭，划痕在顶镦或扭转时很少会裂开。与其它缺陷混淆的可能性：划痕如是在最后一个道次减径之后产生的，不可能与其它缺陷混淆。如果在前期道次中出现，那么表现象裂纹或折迭。18图11所示：连续划痕。192.6轧制划痕

轧制划痕通常是周期地重复出现，呈凸出状或凹陷状，大小形状变化很大。产生原因：如果缺陷是以凸状出现在轧件表面，它是由其轧辊或夹送辊上各种凹槽形成的。例如，热加工设备或辅助设备损坏会导致这类缺陷。轧件上的凹痕是由设备上的结块如：细小结疤，碎片或氧化皮残余物造成的。传输装置上的链条在夹紧线材的端头时，也会导致线材凹陷。检测：试样通常可用肉眼或在有氧化皮或去除氧化皮状态下低倍放大检测。与其它缺陷混淆的可能性：轧制划痕可能会被误认为热裂转移痕或热脆性。20图12所示：由损坏的精轧孔型而导致线材周期地出现有一定高度的划痕。

212.7.热裂转移痕

热裂转移痕与轧制方向垂直并且以凸起状周期性出现在线材表面。产生原因：在热轧中，轧辊表面受到连续加热和急冷。冷却不当和轧辊材料选用不当，可能会在轧槽中出现应力裂纹。轧辊表面的凹痕在轧件表面造成凸块。在前期道次中形成的热裂转移痕即使在后序道次中被消除，但是它们会导致其它的表面缺陷如裂纹，折迭或结疤。检测：由于它们的特色形状，可以很容易地用肉眼或低倍放大检测。与其它缺陷混淆的可能性：热裂转移痕可能会被误认为轧制划痕。22图13所示，转移痕与轧制方向垂直，它是由精轧辊上的热裂纹造成的。232.8.麻面

连续在线材表面重复出现，不规则的凹凸痕称为麻面。产生原因：粗糙的线材表面通常是由于轧槽严重磨损造成的，尤其是在最后的两台成型轧机中。甚至在轧制后，如果冷却太慢造成线材表面氧化严重，那么材料最初的光滑表面仍然能变得粗糙。如果把线材长时间地放在潮湿或腐蚀的气氛中锈蚀也有可能导致麻面。检测：在除去氧化皮的试样上可用肉眼或低倍放大镜很容易地检测表面麻点。可以通过微观分析或用粗糙深度计确定麻面的等级。与其他缺陷混淆的可能性：麻面不可能与其它缺陷混淆。24图14所示:在大气中(或腐蚀坑中)存放时间过久造成的麻坑。

252.9结疤

结疤是线材在形状和尺寸各异的折迭现象。它不规律分布在线材表面，并且只是游离地附着在基体上。线材和疤皮的缝隙内充满了氧化皮或非金属材料。产生原因：结疤主要是由于钢在浇注时，钢锭模内飞溅或沸腾造成的。紧靠在钢锭表面下粗大的非金属夹杂物能很容易地破裂并且留下疤皮。由于浇注缺陷或钢锭轧制温度选择不合适导致的横向和纵向裂纹在后序轧制中会产生大结疤。很细小结疤有时被称为氧化皮，它是由于钢锭或半成品表面缺陷的火焰清理和修整不彻底以及轧件在轧辊缝隙或夹送辊中的滑移或由损坏及过多磨损的孔型等原因造成。检测：通常可用肉眼在有氧化皮或去除氧化皮状态下检测结疤。更多的微小结疤可用顶镦、扭转试验或磁力试验检查。与其他缺陷混淆的可能性：结疤有可能会被误认为热脆性或折迭。缺陷的起因通常可以用金相检验确定。26图15肉眼可见的翘起的结疤，交叠较少，放大5倍27图16盘条横截面，65钢，硝酸乙醇腐蚀，放大100倍 结疤部分含有氧化皮,部分焊合。283.组织缺陷

3.1

成分偏析

偏析在线材内部局部出现，钢的局部成份与正常不同。产生原因：由于各种原因，钢水在凝固过程中，钢中的元素积聚到一定程度，这个过程称为相析出或偏析。相析出是由于物理原因产生，是不可避免的。非常明显的偏析可当作缺陷，这取决于材料的用途。碳偏析使局部含碳量超过共析点成分，连续冷却时会产生厚的网状渗碳体；锰偏析在冷却时易出现马氏体；硫对钢的热裂纹敏感性有突出的影响，当它大于0.025%时，钢的延性有明显下降；磷会使钢的晶界脆性增加，裂纹敏感性增强。中心偏析明显的线材在进行拉拔时，整体承受外力极不均匀，首先在心部形成多条裂纹，作为缺口很快导致杯锥状断裂。偏析实质上是局部成分不均，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速度为核心手段，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。29检测：

对浸蚀过的纵向和横向断面进行宏观检验，可以识别偏析。更有效的方法是金相检验，它也能通过深度浸蚀试验检验。硫偏析也可以通过硫印法显示。

与其他缺陷混淆的可能性：

检验断口和断面时，可能会把粗大偏析误认为长条缩孔。

图1745钢金相组织，3%硝酸酒精腐蚀，100倍图17所示，φ6.5mm45钢盘条金相组织，表面区域局部碳偏高，该类盘条拉拔时表面出现横裂纹，主要是碳偏析所致。30图1870钢金相组织，3%硝酸酒精腐蚀，100倍图18所示，φ6.5mm70钢盘条金相组织，中心碳偏析，组织为条带珠光体。图1975钢金相组织，3%硝酸酒精腐蚀，100倍图19所示，75钢盘条金相组织，碳中心偏析形成网状渗碳体。

31图20，放大100倍图20所示，65钢盘条纵向截面金相组织，中心区域为细珠光体+网状渗碳体。图2165钢金相组织，硝酸酒精腐蚀，放大500倍图21所示，65钢盘条中心组织（图20），为细珠光体+网状渗碳体。32图2277B盘条中心裂纹周围组织，3%硝酸酒精腐蚀，500倍图22所示，77B盘条中心裂纹周围组织，存在网状渗碳体。图2380钢金相组织，3%硝酸酒精腐蚀，500倍图23所示，80钢盘条金相组织，中心存在条带马氏体组织。33图2470钢金相组织，3%硝酸酒精腐蚀，100倍图24所示，70钢钢丝金相组织，中心碳偏析组织为纯珠光体，拉拔后出现人字型裂纹。34图25为图22、24断口宏观对偶断口形貌

353.2硬点

线材中的硬点是材料中不希望出现的硬相组织，如马氏体组织或贝氏体组织。产生原因：经最终变形后，线材通过合适的冷却设备降温几百度。在中、高碳钢中，为了获得良好的拉拔性能，期望得到非常细薄