線材制品生產(chǎn)及使用中形變馬氏體的產(chǎn)生與防止.pdf

第2 9 卷 第3 期 Vo 1 2 9 N o 3 金 屬 制 品 S t e e l W i r e P r o d u c t s 2 0 0 3 年 6 月 J u n e 2 0 0 3 線材制品生產(chǎn)及使用中形變馬氏體的產(chǎn)生與防止 徐永成曾春霖 江蘇沙鋼集團(tuán)有限公司 張家港2 1 5 6 2 5 摘要介紹線材制品在使用過(guò)程中可能出現(xiàn)形變馬氏體的情況 對(duì)鋼絲生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)形變馬氏體的情 況進(jìn)行探討 在中高碳鋼絲的大壓縮率 大于 3 0 拉拔時(shí) 鋼絲表面如果潤(rùn)滑不好 會(huì)出現(xiàn)表面橫裂 其低倍金相 為白亮層 測(cè)量白亮層的硬度和 S E M分析認(rèn)為該白亮層為形變馬氏體 對(duì)鋼絲產(chǎn)生形變馬氏體原因進(jìn)行討論 并 提出了避免形變馬氏體產(chǎn)生的技術(shù)措施 關(guān)鍵詞線材鋼絲形變馬氏體斷裂 Oc c u r r e n c e a n d P r e v e n t i o n o f De f o r ma t i o n M a r t e n s i t e i n Pr o d uc t i o n a nd Ap pl i c a t i o n o f W i r e Ro d Pr o du c t s Xu Yo n g c h e n g Z en g Ch u n l i n J i a n g s u S h a g a n g G r o u p C o L t d Z h a n g fi a g a n g 2 1 5 6 2 5 Ab s t r a c t T o i n t r o d u c e t h e s i t u a t i o n o f p o s s i b l e o c c u r r e n c e o f d e f o r ma t i o n ma r t e n s i t e i n t h e c o u r s e o f a p p l i c a t i o n o f wi r e r o d p r o d u c t s T h e s i t u a t i o n o f o c c u r r i n g d e f o r ma t i o n ma r t e n s i t e i n t h e c o u r s e o f s t e e l w i r e p r o d u c t i o n i s d i s c u s s e d I n t h e p r o d u c t i o n o f h i g h c a r b o n s t e e l w i r e i f d r a w i n g d r a u g h t i s h i g h s u c h a s m o r e t h a n 3 0 a n d l u b ri c a t i o n o f s t e e l w i r e s u r f a c e i s n o t g o o d a c r o s s c r a c k a p p e a r s w h o s e l o w t i me s me t a l l o g r a p h i c s t r u c t u r e i s b ri g h t c o a t B y me a s u ri n g i t s h a r d n e s s a n d a n a l y z i n g wi t h S EM i t i S c o n s i d e r e d t h a t t h e b ri g h t c o a t i S d e f o rm a t i o n ma r t e n s i t e T h e c a u s e f o r d e f o r ma t i o n ma r t e n s i t e i n s t e e l w i r e i s d i s c u s s e d a n d t h e t e c h n i q u e me a s u r e s t o a v o i d o c c u r r e n c e d e f o rm a t i o n ma r t e n s i t e are p u t f o r w a r d Ke y wo r d s w i r e r o d s t e e l w i r e d e f o r ma t i o n ma r t e n s i t e a c t u r e 鋼絲生產(chǎn)及應(yīng)用過(guò)程中 人們多次遇到鋼絲出 現(xiàn)表面 白亮并伴有橫裂的情況 造成較大損失 一 些資料對(duì) 白亮的鋼絲進(jìn)行分析之后 得到的結(jié)論是 在鋼絲表層 產(chǎn)生 了形變馬 氏體 或稱邊緣馬氏體 組織 但這并未引起足夠重視 甚至該結(jié)論未得到 普遍認(rèn)同 筆者通過(guò)工藝對(duì)比試驗(yàn) 對(duì)鋼絲拉拔缺 陷進(jìn)行分析研究 對(duì)形變馬氏體有了進(jìn)一步認(rèn)識(shí) 現(xiàn) 將有關(guān)文獻(xiàn)資料的概要和我們的分析驗(yàn)證結(jié)果作一 介紹 希望對(duì)人們進(jìn)一步認(rèn)識(shí)形變馬氏體和防止拉 絲過(guò)程 中形變馬氏體產(chǎn)生有所幫助 1 盤條表面損傷形成的形變馬氏體 1 9 8 8年年末 江南某廠從 日本新 日鐵進(jìn) 口了一 批 S WR H8 2 B 01 3 m m盤條 用于生產(chǎn)鋼絞線 投料 后發(fā)生盤條未經(jīng)拉拔或拉拔一道次即斷裂的質(zhì)量問(wèn) 題 斷口接近平齊 新 日鐵君津制鐵所條鋼線材管 理科對(duì)多組斷 口樣進(jìn)行了分析研究 結(jié)果歸納為以 下幾點(diǎn) 1 斷裂源起 于線材表面 2 斷 口附近有 機(jī)械損傷痕跡 3 線材上的傷痕位 于盤 圈內(nèi)側(cè)且 垂直于線材軸線 4 斷 口附近有異常的金屬變形 流線 5 斷 口附近具有馬氏體及冷作硬化組織結(jié) 構(gòu) 且呈白亮色分布于盤條表層 白亮層上有多條垂 直 于線材軸線的裂紋 研究者拍攝了上述缺陷的組織照片 典型者如 圖 1 所示 研究者通過(guò)模擬試驗(yàn)分析推斷 認(rèn)為盤條斷裂 是 由于運(yùn)料時(shí)用戶的叉車鋼叉和盤件內(nèi)側(cè)盤條劇烈 摩擦產(chǎn)生 了表面馬氏體等硬脆組織 于同仁等 也闡述 了高碳線材生產(chǎn)使用 中會(huì) 因劇烈撞擊或摩擦產(chǎn)生馬氏體 進(jìn)而產(chǎn)生平切斷裂 問(wèn)題 高碳盤條表面的形變馬氏體為硬脆組織 拉伸 變形能力極差 生成 了形變馬氏體的盤條 或鋼 絲 表面在拉應(yīng)力下會(huì) 因表層馬氏體發(fā)生開(kāi)裂而在 此處形成宏觀橫裂紋 并在裂紋的尖端形成應(yīng)力集 中 實(shí)際上 盤條表面損傷后 即使沒(méi)有形成表面馬 維普資訊 第 3期 絳永或等 線材制品生產(chǎn)及使用 中形受馬氏體的產(chǎn)生與防止 I 3 圈 1 S W R H 8 2 B破斷處形變馬氏體夏形變流線 5 0 0 氏體 也會(huì)在凹坑 缺12 1 等破損處形成應(yīng)力集中而成 為高強(qiáng)度盤條雅斷的根源 2 鋼絲拉拔中產(chǎn)生的形變馬氏體 筆者及有關(guān)人員對(duì) 4 5 S WR H 7 7 B 8 0鋼鋼絲表 面白亮處組織的電子顯微形貌 顯微硬度分別進(jìn)行 了觀察及試驗(yàn) 圖 2 a 3 a 4 a中所示的白亮組織的 顯微硬度均與馬氏體硬度相近 圖2 b 3 b為某材 料研究所對(duì)白亮組織進(jìn)行特殊浸蝕后拍攝的電鏡圖 象 其組織被確認(rèn)為形變馬氏體 圖4 b的白亮組 織中則可清晰辨出針狀物 呈典型的馬氏體形態(tài) b S E M形貌 2 0 0 0 圖中左側(cè)顯微硬度為6 7 0 7 2 0 H V 0 2 圈2 4 5 鋼鋼絲表面生成的形變馬氏體 圖5所示為7 0鋼鋼絲表面橫裂 白亮層 其生 產(chǎn)工藝為無(wú)酸洗拉拔 拉絲路線為 0 6 5 5 6 一 7 b x1 0 0 0 圈中下側(cè)顯微硬度為7 7 9 8 2 1 H V l 圖 4 8 0 鋼鋼絲表面生成的形變馬氏體 一3 8 3 2 2 8 l 最大道次減面率 3 5 0 4 7 3 8 m m 0 3 8 m m鋼絲表面出現(xiàn)大面積橫裂且 四周發(fā)亮 圖6 所示為 S WR H 7 2 B鋼絲表面橫裂處對(duì)應(yīng)的 維普資訊 1 4 金 屬 制 品 第 2 9 卷 圖5 7 0鋼鋼絲表面生成的橫裂白亮層 1 0 0 圈 6 S WR H 7 2 B鋼絲表面的 自亮層橫裂 x 2 0 0 金相照片 生產(chǎn)中采用鹽酸洗 磷化 皂化進(jìn)行表 面處理 拉絲 t A為 01 3 0 一I I 5 9 8 8 2 m il l 最大道次減面率達(dá) 3 0 0 9 8 8 2 m m 拉拔到 8 2 m m時(shí)磷化膜脫落 同時(shí)鋼絲表面出現(xiàn) 白亮色 及橫裂 圖7所示為 4 5鋼鋼絲表面橫裂處對(duì)應(yīng)的金相 組織 裂紋已擴(kuò)展至正常組織內(nèi)部 鋼絲生產(chǎn)采用 無(wú)酸洗拉拔工藝 拉絲路線為 0 6 5 5 7 4 5 3 6 3 0m I 最大道次減面率 3 0 6 3 6 3 0 l n m 0 4 0 3 0 m m鋼絲表面出現(xiàn)大面積橫裂 3 鋼絲繩使用中形成的形變馬氏體 鋼絲繩在實(shí)際使用中經(jīng)常發(fā)生斷絲問(wèn)題 特別是 在重載荷作業(yè)時(shí)鋼絲繩和滑輪之間沒(méi)有良好潤(rùn)滑 往 往會(huì)使局部鋼絲表面產(chǎn)生橫裂紋 張德英 的分析研究結(jié)果認(rèn)為 宏觀特征表現(xiàn) 為制繩鋼絲局部單側(cè)發(fā)亮的表面是深度約 0 0 4 0 0 8 m m的馬氏體組織層 正常組織則為索氏體 鐵素體 見(jiàn)圖 8 圖 9 6 0鋼臆斷面上的形變馬氏體 S E M形貌 8 6 0 H V 0 2 I 5 0 0 8 8 7 s 鋼鋼絲襲面的白亮層橫裂 o o 薹 鐵 素 體 及 珠 光 體 因 為 圖5 圖6 圖 7的鋼絲表面橫裂 白亮層硬度和 已經(jīng)過(guò)冷拉拔加工 故組織呈纖維狀 按相變規(guī)律 馬氏體硬度類同 可以推斷和圖 4一樣 是拉撥過(guò)程 鋼絲組織只有先轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體 再 以足夠的速度快 中形成的形變馬氏體c 冷才能發(fā)生馬氏體相變 維普資訊 第 3期 徐永成等 線材制品生產(chǎn)及使用中形變馬氏體的產(chǎn)生與防止 1 5 當(dāng)鋼絲與模具 的接觸處在無(wú)潤(rùn)滑條件下產(chǎn)生劇 烈摩擦?xí)r 摩擦熱可使鋼絲表面薄層在千分之幾秒內(nèi) 迅速升溫到 7 0 0 或更高 另一方面 拉拔時(shí)模 具對(duì)鋼絲的壓應(yīng)力能使奧氏體轉(zhuǎn)變點(diǎn)下移 I 8 即降 低奧氏體化溫度 并使整個(gè) c曲線向右向下移動(dòng) 這 能推遲珠光體轉(zhuǎn)變時(shí)間 同時(shí)有利于馬氏體相變 據(jù) 此分析 當(dāng)鋼絲拉拔過(guò)程中潤(rùn)滑效果差或拉拔工藝不 當(dāng)時(shí) 鋼絲與模具之間的劇烈摩擦變形完全可以提供 鋼絲表層組織奧氏體化所需的相變驅(qū)動(dòng)力 鋼絲表面形成的高溫區(qū)域 7 0 0 以上 體積很 小 當(dāng)與鋼絲基體進(jìn)行熱傳導(dǎo)時(shí)能形成很高 的溫度 梯度 這為馬氏體相變提供了所需的過(guò)冷度 同時(shí)鋼 絲表面已奧 氏體化的區(qū)域在應(yīng)力作用下也會(huì)誘發(fā)馬 氏體相變 5 避免形變馬氏體產(chǎn)生的技術(shù)措施 2 0 0 1年 上海 某 公 司在 A廠 使 用 S WR H 7 2 A 5 mm無(wú)扭 控冷熱軋盤條無(wú)酸洗拉拔橡膠骨架 材料的半成 品 設(shè)備 為國(guó)產(chǎn) 6 5 5 0連拉 機(jī) 工 藝為 5 5 7 4 9 4 2 5 3 7 5 3 3 3 0 m m 拉 拔中頻繁斷絲 鋼絲白亮且有多處橫裂 造成約3 0 t 材料無(wú)法繼續(xù)生產(chǎn) 經(jīng)雙方協(xié)商 將 同爐批的母 材 運(yùn)到該公 司的 B廠生產(chǎn) 盤條先經(jīng)剝殼 清刷 電解 酸洗 涂硼 烘干后在進(jìn) 口直進(jìn)式連拉機(jī)上拉拔相同 的半成品 結(jié)果鋼絲上潤(rùn)滑膜 良好 無(wú)亮絲 無(wú) 橫裂 且無(wú)一次斷絲 檢驗(yàn)證 明 A廠的斷絲完全是潤(rùn)滑 不 良形成形變馬氏體后造成的 確保表面處理及潤(rùn)滑效果 減少摩擦和劇烈不 均勻變形 防止線材或鋼絲表面薄層 劇烈 升溫是避 免形變馬氏體產(chǎn)生的關(guān)鍵 由此可采取的措施有 1 線材生產(chǎn) 儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程 中應(yīng)防止 吊具 鏟車鋼 叉 運(yùn)載車船的鋼鐵部件和盤條產(chǎn)生劇烈摩擦 2 盤條機(jī)械剝殼除銹及進(jìn)模具 導(dǎo)衛(wèi)時(shí)應(yīng)避免 剝殼輪與盤條 導(dǎo)衛(wèi)與盤條產(chǎn)生硬性摩擦 3 無(wú)酸洗拉拔時(shí)應(yīng)確保去除氧化皮 的效果及 鋼絲表面潤(rùn)滑膜在第一 二道拉拔時(shí)形成 良好 4 防止磷化處理質(zhì)量不佳引起磷化膜脫落或 硼化涂層不 當(dāng)而吸潮 以免造成潤(rùn)滑失效 5 合理選擇潤(rùn)滑劑并防止工作錐角度不當(dāng)和 道次減面率過(guò)大引起的嚴(yán)重 不均勻變形 也要防止 模子安裝不正造成 的鋼絲單側(cè)嚴(yán)重不均勻變形 6 切實(shí)保證模具和卷筒冷卻效果 6 結(jié)束語(yǔ) 鋼絲拉拔后 表層局部或大面積呈 白亮色 產(chǎn)生 單側(cè)或四周橫裂紋 此時(shí)白亮鋼絲的缺陷部位常常 存在形變馬氏體 此類組織硬度高 脆性大 在拉應(yīng) 力作用下極易開(kāi)裂 裂紋一般垂直于鋼絲表面 向里 擴(kuò)展且通常貫穿整個(gè)馬氏體層 當(dāng)裂紋擴(kuò)展至馬氏 體層與正常組織交界處時(shí)會(huì)因正常組織良好的塑性 而改變?yōu)榕c表面成 4 5 的方 向擴(kuò)展 圖 7 隨著鋼 絲拉拔的不斷進(jìn)行 裂紋會(huì)逐漸擴(kuò)展直至斷裂 因此 說(shuō)鋼絲表面的形變馬氏體層是引起鋼絲斷裂的一個(gè) 重要原因 根據(jù)形變馬 氏體產(chǎn)生的原因及機(jī)理 防 止其生成的根本措施是防止鋼絲表面處理不 當(dāng) 確 保 良好的拉拔潤(rùn)滑條件 和防止拉拔嚴(yán)重 不均勻變 形 參 考文獻(xiàn) 1 于同仁 高碳鋼盤條拉拔脆斷原因分析 2 0 0 2年全國(guó)線 材制 品行業(yè) 年會(huì) 南京 2 0 0 2 2 張德英 鋼絲繩使用中斷絲原因分析 金屬制品 1 9 9 9 2 5 3 7 8 3 金國(guó)鈞 鋼絲繩損傷的技術(shù)分析 金屬制品 2 0 0 2 2 8 5 1 6 4 李志深 鋼絲生產(chǎn)工藝 下 湘譚 湘鋼職大 1 9 8 8 6 2 6 5 5 王天沖 鋼簾線生產(chǎn) 北京 北京科技大學(xué)壓力加工系 1 9 9 6 5 5 6 劉方根 鋼絲在冷拔過(guò)程 中的相變 金屬熱處理 1 9 9 9 9 4 3 7 劉方根 冷拔過(guò)程中鋼絲發(fā)熱的