维普资讯 http://www.cqvip.com 第３３卷 Ｖ０１．３３ 第３期 Ｎｏ．３ 金 Ｓｔｅｅｌ 属 Ｗｉｒｅ 制 品 ２００７年６月 Ｊｕｎｅ ２０ｏ７ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ 高碳钢丝扭转断裂原因分析 崔发明 （江苏沙钢集团２１５６２５） 摘要对桥梁悬索用热镀锌预应力钢丝和高强度胎圈钢丝扭转性能较低的实例进行分析，通过电子金相观察和 夹杂物检测，指出非金属夹杂物、连铸过程产生的内裂纹、索氏体含量及线材与钢丝的表面质量是影响钢丝扭转性 能的主要因素。 关健词高碳钢丝；扭转断裂；夹杂物；内部裂纹 ＴＧ３５６．４ ５ 中图分类号Ｔｏｒｓｉｏｎ Ｂｒｅａｋ Ｃａｕｓｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｈｉｇｈ Ｃａｒｂｏｎ Ｓｔｅｅｌ Ｗｉｒｅ Ｃｕｉ Ｆａｍｉｎｇ （Ｊｉａｎｇｓｕ Ｓｈａｇａｎｇ Ｇｒｏｕｐ ２１５６２５） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｏ ａｎａｌｙｚｅ ｌｏｗｅｒ ｔｏｒｓｉｏｎ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｅｘａｍｐｌｅ ｏｆ ｇａｌｖａｎｉｚｅｄ ｐｒｅｓｔｒｅｓｓ ｓｔｅｅｌ ｗｉｒｅ ｆｏｒ ｂｒｉｄｇｅ ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ ｃａｂｌｅ ａｎｄ ｈｉ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｂｅａｄ ｗｉｒｅ．Ｂｙ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｅｔａｌｌｏｇｒａｐｈｙ ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｎｃｌｕｓｉｏｎ ｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎ，ｉｔ ｉｓ ｐｏｉｎｔｅｄ ｏｕｔ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｆａｃｔｏｒｓ ａｆｆｅｃｔｉｎｇ ｔｈｅ ｔｏｒｓｉｏｎ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｏｆ ｓｔｅｅｌ ｗｉｒｅ ａｒｅ ｎｏｎ—ｍｅｔａｌｌｉｃ ｉｎｃｌｕｓｉｏｎｓ，ｉｎｔｅｒｎａｌ ｃｒａｃｋｓ ｆｏｒｍｅｄ ｄｕｒｉｎｇ ｃａｓｔｉｎｇ， ｓｏｒｂｉｔｅ ｐｅｒｃｅｎｔａｇｅ ａｎｄ ｓｕｒｆａｃｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｓｔｅｅｌ ｗｉｒｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ｈｉｇｈ ｃａｒｂｏｎ ｓｔｅｅｌ ｗｉｒｅ；ｔｏｒｓｉｏｎ ｂｒｅａｋ；ｉｎｃｌｕｓｉｏｎ；ｉｎｔｅｒｎａｌ ｃｒａｃｋ 扭转性能是衡量线材在扭转状态下承受塑性变 形能力的重要力学性能指标。在ＧＢ／Ｔ ２３９－－１９９９ 旋状（不合格），在断口附近取未作扭转试验的钢 丝，经酸洗去锌后发现钢丝表面有一条连续的纵向 《金属线材扭转试验方法》第６．６节中，对线材扭转 断裂类型、外观形貌及断口特征进行了详细分类。 在线材与钢丝深加工生产过程中，影响钢丝扭转性 裂纹，显微观察，裂纹由钢丝表面向内扩展至钢丝心 部，钢丝横截面裂纹如图１所示。表面裂纹开口宽 阔，检测显示裂纹两侧无脱碳。 能的因素比较复杂，由于受金相检测设备条件的限 制，很多工艺技术人员对此问题的认识有较大的局 限性。笔者通过对桥梁悬索用热镀锌预应力钢丝、 ＨＴ胎圈钢丝产生的钢丝扭转性能不合格样品断口 进行实例分析，从原材料人手找出影响钢丝扭转性 能的原因。 １ 热镀锌预应力钢丝的扭转性能不合格 国内某厂采用８２Ｂ ０１１ ｍｍ线材生产０５．０ ｍｍ 桥梁悬索用热镀锌预应力钢丝，生产工艺： 线材一间歇式酸洗、磷化— ９００连拉至 ４．９５ ｍｍ±０．０２ ｍｍ一热镀锌一检测一矫直回火稳定化处 理一检验一包装一人库。 图１镀锌钢丝的裂纹（横截面） ×１００ ２ ＨＴ胎圈钢丝的扭转性能不合格 某厂采用Ｃ８２ＤＡ０５．５ ｍｍ生产 １．５５ ｍｍ ＨＴ 钢丝经热镀锌后检测，扭转次数只有２—４次 胎圈钢丝，生产工艺： （工艺要求大于８次），现场技术人员多次进行拉拔 和热镀锌工艺调整，均无效果。试样扭转断口呈螺 线材一在线酸洗、涂硼表面处理－－＊ＬＺ１２／５６０拉 至 １．５５ ｍｍ一工字轮收线、放线一回火镀青铜一 维普资讯 http://www.cqvip.com ・４０・ 金 属 制 品 第３３卷 工字轮收线一检验一包装、入库。 在生产检验时，产品出现间断性扭转值不合格， 扭转次数１８～２３次（企业内控标准大于２５次，正常 ３Ｏ～３６次）。取５支扭转不合格钢丝样品做金相分 析：钢丝断ＶＩ形状为脆性断裂面，与钢丝轴线约成 ４５。，并有贯穿整个截面裂纹的斜劈状断口，样品基 体组织正常。同样的工艺、同样的产品、同样的问题 又在某一企业发生。 根据不合格扭转断口判断，断口分２种：大部分 为斜劈断ＶＩ，个别为平直断ＶＩ。经电镜观察，斜劈断 口试样表面存在划伤（如图２所示），部分料段表面 已存在纵向裂纹（如图３所示），断裂源位于表面 （如图４所示）。经金相显微镜观察，２种断ＶＩ试样 基体组织纯净度良好，平直断ＶＩ试样表面局部存在 少量块状碳化物（如图５所示）。 图２划伤 ×１００ 图３扭转裂纹×５０ ３钢丝扭转断裂原因的分析与讨论 ３．１ 非金属夹杂物 对扭转不合格的ＨＴ胎圈钢丝试样分析表明，１ 个试样存在Ｃ类夹杂物，粗系２级，并沿夹杂处出 现扭转断裂源，另外４个试样存在Ｃ类夹杂物，细 系１．５级。 大量研究表明 Ｉ２ Ｊ：夹杂物对钢材的韧性影响 很大，由于其破坏金属的连续性，造成应力集中，微 图４扭转断口 ×２０ 图５块状碳化物 ×５００ 裂纹会首先在夹杂物上形核，而后聚合、长大、扩展， 导致材料断裂。夹杂物或大尺寸第二相粒子在材料 断裂中起着重要作用：其数量越多，尺寸越大，裂纹 萌生的几率越高，钢材的韧性值就越低。在线材的 热轧过程中，塑性夹杂物如硫化物夹杂和硅酸盐夹 杂会沿着轧制方向发生变形，呈条带状结构；脆性夹 杂物沿加工方向破碎成串；不变形夹杂物则保持原 有的球形（或点状）不变，而钢基体围绕其流动。实 际上，大多数夹杂物是塑性夹杂物、脆性夹杂物及不 变形夹杂物的复合体，在轧制过程中，其塑性部分随 钢基体延伸，但脆性和不变形部分仍保留原来的形 状。在金属基体相对于这些夹杂物发生流动时，夹 杂物与金属基体脱离并划伤基体而出现微裂纹及空 隙 ｊ，而冷拔更进一步加剧了这些微裂纹及空隙的 扩展。微裂纹及空隙是产生扭转断裂的坯芽，在扭 转试验时引起钢丝过早断裂。减小夹杂物对扭转性 能的影响，必须提高钢的纯净度，如严格控制Ｓ，Ｏ， Ｎ的含量，提高吹氩质量，保护浇注和采用吸附力较 强的保护渣，以减小和控制夹杂物的尺寸、形态和数 量，并尽可能使夹杂物分散分布。 ３．２连铸坯的内部裂纹及索氏体组织含量偏低 分析认为，图１所示的钢丝裂纹是连铸时方坯 产生的纵向内部裂纹造成的。在连铸过程形成的铸 坯角部、边部和中心内部裂纹，若没有在轧制时有效 维普资讯 http://www.cqvip.com 第３期 崔发明：高碳钢丝扭转断裂原因分析 ・４１・ 地压合，即使在拉拔过程中没有造成断丝，也会在扭 转试验时成为断裂源。这种裂纹在金相组织上的特 糙，极易造成钢丝表面划伤。由于磷化膜层不牢及 润滑失效，会使钢丝表层产生形变马氏体（如图８ 所示），硬度分析也证明了这一点，这些缺陷均能造 成钢丝扭转试验时的过早断裂。 征就是在裂纹的附近无脱碳和氧化物。在钢丝大压 缩率变形拉拔情况下，如果线材控冷或钢丝铅淬火 后其金相组织索氏体比例偏低，钢丝心部会产生人 字形裂纹（如图６所示）；如果裂纹比较严重，则会 产生拉拔断丝，断口呈杯锥状，否则将保留在钢丝内 部，在扭转试验时成为断裂源。上述２种缺陷造成 的扭转断口均表现为斜劈状断口，扭转值表现为极 度的低值。 图８ ７０钢拉拔后钢丝表层的形变马氏体Ｘ １００ ４结论 （１）线材的大级别、脆性及不变形非金属夹杂 图６钢丝拉拔后产生的人字形裂纹Ｘ ５０ 物对钢丝扭转性能将造成不利影响。减小夹杂物对 扭转性能的影响，必须提高钢的纯净度，如严格控制 Ｓ，０，Ｎ的含量，提高吹氩质量，采用保护浇注和吸 附力较强的保护渣，以减少和控制夹杂物的尺寸、形 态和数量，并尽可能使夹杂物弥散分布。 （２）连铸过程产生的线材内部裂纹、线材控冷 ３．３ 线材与钢丝的表面质量 高强度（高硬度）条件下的材料疲劳试验“缺口 灵敏性”会比低强度下增大数倍。这就是说对热轧 线材无损于其性能的微小裂纹，但如存在于经过冷 拔后的钢丝表面上，将使钢丝的使用寿命显著降低。 不仅如此，钢丝表面如残存微小的缺陷，往往在其扭 转眭能试验中也难以达到标准要求。钢丝表面影响 扭转的缺陷既与拉拔因素有关，也与线材表层质量 工艺或钢丝铅淬火工艺操作不当造成索氏体比例偏 低而引起拉拔形成的人字形裂纹，对钢丝扭转性能 影响极大。 如网状碳化物（如图７所示）等缺陷因素有关。 （３）由于高强度（高硬度）钢丝对表面缺陷有高 度的敏感性，因此要提高钢丝的扭转性能，确保盘条 和钢丝好的表面质量是非常重要的。 参考文献 ［１］许中波，Ｅ Ｌ Ｇａｍｍａ１．钢中夹杂物及形态对钢力学性 能的影响［Ｊ］．钢铁研究学报．１９９４，６（４）：１８—２２． ［２］ 曾光廷，李静缓，袁学厚．非金属夹杂物与钢的韧性研 究［Ｊ］．材料科学与工程．２０００，１８（２）：６０—６３． ［３］刘来根．炼钢原理与工艺［Ｍ］．北京：冶金工业出版 社．２００４：１３８． （收稿日期：２００７—０２—１４） 图７线材表层网状碳化物Ｘ５００ 崔发明作者简介 １９６５年生，江苏沙钢集团总工办高级工程师。 钢丝拉拔时，由于拉丝模、卷筒及过线轮表面粗
