SWRH82B盘条心部马氏体的控制

SWRH82B盘条心部马氏体的控制

黄泓斌

河钢集团宣钢公司 河北省张家口市 075100

摘要：SWRH82B 盘条是生产预应力钢丝、钢绞线的主要原料，广泛应用于高层建筑、铁路、公路、桥梁等工程领域，在深加工过程中要经过多道次冷拔，累计变形量高，故要求SWRH82B 盘条具有稳定的化学成分、较高的索氏体化率、均匀的金相组织，以获得优良的力学性能。

关键词：SWRH82B盘条心部马氏体；控制；

SWRH82B盘条用于冷拔生产钢丝、钢丝绳和钢绞线等产品，在冷拔过程中减面率均在85％以上。在拉拔、捻制过程中从头到尾承受100％的检验，在高应力状态下，任何缺陷和异常组织都是断裂源。

一、盘条金相组织检测

检测试样来自宣钢生产的Φ１２．５mm 预应力钢绞线用SWRH８２B 钢盘条，对该盘条切取横截面试样和纵截面试样在金相显微镜下进行金相组织检测。　SWRH82B钢盘条的正常组织是珠光体和索氏体（索氏体是在６００ ～６５０ ℃相变温度下形成的更细小的珠光体组织），索氏体组织硬度值为MHV３５０左右；马氏体为淬火组织，是原子经无序扩散切变位移的、不变平面应变的晶格改组过程得到的具有严格晶体学关系和惯习面的，形成相中伴生极高密度位错或层错、精细孪晶等亚结构的整合组织，其硬度较高，达到MHV６５０ 左右。就硬度值来分析，白色带状组织符合典型马氏体组织特征，基体组织符合索氏体的特征。用电子探针对马氏体区域与附近索氏体组织进行成分显微分析，由检测结果可知，马氏体区域中Cr、Mn 含量明显高于正常组织区域（均为质量百分数）。

二、SWRH82B盘条心部马氏体的控制

在轧后冷却过程中，盘条表面通过斯太尔摩风冷线大功率风机以对流换热的方式进行冷却；盘条心部和表面有一定的温度梯度，热量由心部向表面以传导的方式传递，因此表面冷速必然大于心部冷速。而盘条表面没有产生马氏体，心部却产生了马氏体，分析认为盘条中心成分偏析是导致心部产生马氏体的主要原因。盘条温度进入保温罩进行缓冷，降低冷却速度。因为若冷却速度过快，盘条会因在400~600℃温度区间的停留时间不够长而导致未转变的奥氏体偏多，而未转变的奥氏体会在低温时继续转变形成马氏体组织，继而导致出现心部马氏体组织。因此，通过降低相变返温后的盘条冷却速度，能够有效的减少马氏体组织的含量。为提高钢材的淬透性及盘条的抗拉强度，在SWRH82B钢盘条生产中添加０．２０％ ～０．３０％Cr，以及０．７５％ ～０．８０％Mn。由于Mn、Cr 元素的富集，将提高过冷奥氏体在转变区，尤其是低温转变区的稳定性，使连续冷却转变曲线右移，导致马氏体的临界冷速降低；这样虽然盘条心部的冷速低于边部，受Cr，Mn 元素偏析的影响，也会出现边部组织正常而心部出现马氏体组织的现象。SWRH82B钢盘条冷拔过程中减面率在８３．５％～８３．７％之间，在高应力状态下，任何缺陷和异常组织都会成为断裂源。SWRH82B 采用添加铬元素来推迟碳化物的形核和长大，另外还增加奥氏体原子间的结合力，降低铁的自扩散系数，阻止转变，从而推迟奥氏体向的分解，也即阻碍珠光体转变使得时间变长，且铬含量越高珠光体转变的时间越长。高碳铬铁合金的熔点在1500℃以上，在容积为210 吨钢包炉内，均匀熔解需要25 分钟以上的时间。在LF 精炼炉成分微调过程中，在精炼后期铬铁加入则会造成熔解不充分。钢液在凝固过程中溶质元素在固相和液相中重新分配，表现为铸坯中元素分配不均匀，高碳钢表现尤为严重，这跟高碳钢凝固特性有关。SWRH82B 钢中碳熔炼成分控制在0.78~0.82%之间，连铸过程中钢水过热度偏高，会导致铸坯中心严重碳正偏析，实际测量含碳含量高达1.20~1.50%，同样也会造成铬富集在铸坯中心部位。轧钢控制过程中突发工艺异常造成盘条表面结疤，如轧辊表面粘附氧化铁皮或者轧材表面压入异物、导卫板和轧槽磨损严重更换不及时都有可能造成盘条表面结疤。盘条心部出现的马氏体过冷组织，在拉拔过程中金属的塑性流变差异较大，整体变形协调较差，从而发生盘条断裂现象，具体表现为杯锥状断口。拉拔过程中，最大轴向拉应力和最大应变速率区皆在中心。如果中心部位出现较硬、难以发生塑性变形的马氏体组织，在拉拔变形过程中加剧了线材内部金属不均匀变形程度，产生了拉应力。当心部马氏体处拉应力达到SWRH82B钢的材料断裂极限时，便萌生裂纹或微孔洞，其裂纹或微孔洞沿最大切应力方向向表面扩展，这是产生尖杯状断口的原因之一。铸坯中存在的大颗粒夹杂物是SWRH82B 盘条表面典型结疤主要原因，生产过程中突发工艺异常，轧辊掉肉或者压入异物、导卫板和轧槽磨损严重更换不及时，均会造成盘条表面结疤。钢液铬合金元素熔解不均匀，碳、锰和铬综合作用成百倍提高奥氏体的稳定性，大大推迟了奥氏体向珠光体的转变时间，在A1~Acm 温度之间时间相对较长，形成残余奥氏体组织和珠光体、索氏体共存的局面。SWRH82B 盘条从吐丝区间完全奥氏体组织向细珠光体和马氏体组织转变过程中，即使冷却到Mz 点温度以下，仍不能是奥氏体转变为马氏体，总会有一部分奥氏体未能转变。关于残余奥氏体生产的原因，迄今未完全清楚。研究表明，钢中残余奥氏体量的多寡，和Ms~Mz 点温度范围与室温的相对位置有着直接关系，并且和冷却速度以及冷却过程等因素有直接关系。扫描电镜观测表面，在碳、铬、锰富集的地方造成奥氏体稳定性大大提高，推迟共析分解时间，在冷却速率不变的情况下，降低相变需要时间，使得奥氏体在向珠光体转变过程中冷速过快，形成片层间距不同的快冷低温有害组织。

三、改进措施

转炉放钢时要进行合金化，调整钢液的化学成分。如果化学成分调整不到位，要在LF 精炼炉进行成分微调整，由于操作人员经验不足，可能导致精炼炉大量或者多次进行补合金料。在精炼炉后期氩气越来越小，加入的铬铁与锰铁，很难使Cr、Mn 元素熔解充分，使得钢液中成分不均匀，在轧材中产生Cr、Mn 的偏析，在轧制控冷过程中导致盘条心部出现马氏体等低温组织。因此，应杜绝在离出站１５min 内进行合金微调。加热炉加热过程使钢坯进行充分奥氏体化，该过程中碳化物将进行溶解。钢坯内部发生质量传输，化学成分会由高浓度向低浓度方向进行扩散，可以将连铸坯中心成分偏析减轻。因此，控制加热炉各段最佳温度，充分利用加热段和均热段促进铸坯中合金元素高温扩散，保证其心部偏析成分均匀化，降低铸坯的偏析指数是避免心部马氏体产生的有效措施之一。 控制加热炉各段温度可以最大程度减轻铸坯偏析，避免盘条的心部产生马氏体组织。连铸坯中心Cr、Mn 偏析是导致SWRH８２B盘条产生心部马氏体组织的主要原因，心部马氏体组织其拉拔过程中产生尖杯状断裂的原因之一。合理控制精炼炉大量多次补料，优化加热炉各段的温度，可在一定程度上减少铸坯的中心偏析。

盘条表面存在缺陷，应力会在缺陷处集中，开卷过程中在扭转力的作用下易发生早期断裂。在提高盘条强度的同时，要注意其韧性指标，盘条中的非金属夹杂、中心碳偏析及心部马氏体是造成钢绞线断裂的主要原因。盘条生产过程中要严格控制化学成分、轧制温度及冷却速度，防止出现碳偏析和马氏体。

参考文献：

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