鋼絞線用盤條SWRH82B拉拔斷裂影響因素分析

來永彪， 許加陸， 趙 陽， 廖家明

(中天鋼鐵集團有限公司， 江蘇 常州 213011)

引 言

預應力鋼絞線廣泛用于高速公路、大跨度橋梁、高層建筑等工程，預應力鋼絞線生產采用冷拔成型，且冷拔應變量較大，要求原始盤條必須成分均勻、純凈度高、組織均勻等。SWRH82B盤條是生產高強度、低松弛預應力鋼絲或鋼絞線的主要原料[1]。本文通過收集某廠SWRH82B盤條拉拔斷裂樣品，對斷口進行宏觀和微觀分析，找出影響SWRH82B盤條拉拔質量的因素及產生原因。

1 平斷斷口形貌及原因分析

平斷一般發生在盤條拉拔前拆卷時，盤條在扭力及拉力的共同作用下產生斷裂，裂紋源來自表面，圖1為平斷口宏觀照片。平斷原因一種為盤條表面受外物劇烈撞擊時局部產生變形，溫度急劇升高，表層產生硬化層組織(如圖2所示)。這種硬化層塑性極差，在矯直應力作用下形成細裂紋，并以細裂紋為源導致脆斷。另一原因為盤條殘余應力過大，拆卷時發生脆斷，SWRH82B盤條經吐絲后通過風機快速冷卻，盤條心表冷卻速率不一致，導致盤條存在熱應力。此外盤條組織發生相變后存在相變應力，盤條拆卷時在扭力，由于殘余應力未完全釋放，拉力及內在應力等共同作用下，最終導致斷裂。

圖1 平斷口宏觀照片

圖2 表面擦傷處金相組織(100X)

2 杯錐斷口形貌及原因分析

杯錐斷口斷裂裂紋源來自心部，經斷口分析，其斷裂原因是盤條心部存在網狀碳化物、馬氏體組織，該類異常組織較基體不易變形，造成盤條拉拔時金屬心部與表面變形不一致，產生“人”字裂，隨著拉拔的進行，裂紋不斷擴展直至斷裂，圖3為斷口宏觀形貌，圖4,圖5為斷口金相組織。

圖3 杯錐斷口宏觀形貌

圖4 斷口縱剖組織(500X)

圖5 斷口心部橫向組織(500X)

網碳的形成主要原因還是鑄坯心部存在嚴重碳偏析，由于預應力鋼絞線盤條規格較大，盤條在斯太爾摩風冷線上心部冷卻緩慢，在奧氏體晶界處析出過飽和碳，形成網狀碳化物。拉拔過程中，在軸向拉應力和來自外層的附加應力作用下，在晶界的網狀滲碳體首先發生滑移形成顯微孔洞，隨著拉拔變形量增加，孔洞進而長大形成裂紋，最終呈V形擴展造成斷裂，形成杯錐狀斷口[2]。

馬氏體產生一般與盤條冷卻速度有關，鑄坯心部 Mn、Cr 等元素的正偏析使C曲線右移，大大降低心部形成馬氏體組織的臨界冷速。而盤條冷卻時，心部冷卻速率大于馬氏體轉變臨界速率，因此心部生成了馬氏體組織[3]。

3 劈裂斷口形貌及原因分析

劈裂一般發生在拉拔模具處，在拉拔時表面沿縱向產生一排橫向裂紋，裂紋逐漸擴展導致斷裂。主要影響因素有拉拔工藝(模具角度、磨損程度、減面率等)、拉拔過程潤滑冷卻、盤條表面質量等。圖6為拉絲表面橫裂紋形貌，圖7為表面結疤形貌。

圖6 拉絲表面橫裂紋形貌

圖7 表面結疤宏觀形貌

在拉拔過程中，若模具入口角度不當、?？谀p嚴重或單道次減面率過大，盤條在通過模具時造成局部受力不均或減徑量過大，導致過程線表面出現橫裂紋[4-5]。若盤條酸洗氧化皮未除不干凈、磷化皂化不充分、磨具失粉等原因引起潤滑不良或冷卻不足，使拉拔絲表面產生大量熱量而產生硬化層，降低表面塑性，拉拔時易產生橫裂紋，表面橫裂紋在后續拉拔中逐漸延伸形成“人”字形裂紋而最終發生斷裂。

結疤等存在于盤條表面的缺陷，在拉拔時壓入基體，而凸出狀結疤導致拉拔絲表面產生過度摩擦,使拉拔絲表面溫度升高，造成拉拔絲表面局部瞬時淬火形成硬又脆的馬氏體組織，隨拉拔不斷進行產生裂紋，裂紋擴展直至開裂。

4 結束語

經分析，某廠生產的SWRH82B拉拔斷裂斷口主要為平斷、杯錐斷口、斜劈及頸縮斷口。平斷斷裂原因主要是表面擦劃傷形成硬化組織或馬氏體組織，以及盤條殘余應力過大開卷時在矯直應力作用下形成細裂紋導致脆斷。杯錐斷裂原因主要為心部馬氏體組織或嚴重的晶界滲碳體網，拉拔時心部與表面變形不一致，心部產生“人”字形裂紋，隨拉拔進行裂紋逐漸擴展，最終導致斷裂。劈裂斷口主要與拉拔模具入口角度、模具的磨損程度、道次減面率以、盤條表面及內部質量有關。