关于对高碳钢丝生产中的失效分析

[摘 要]本文通过对目前使用较多的高碳钢丝的生产工艺进行分析，来找出引起高碳钢丝在生产的过程中发生失效问题的原因。发现并提出了其中一条引起高碳钢丝失效的重要原因就是非金属的夹杂物。同时还归纳了在对高碳钢丝的原料盘条进行拉拔处理时，热处理组织和拉丝工艺对其性能的影响程度，并借此引出了如何才能减少高碳钢丝失效的措施。

[关键词]高碳钢丝；拉拔工艺；非金属夹杂物；组织

中图分类号：TD526 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）33-0040-01

引言

钢丝中的含碳量如果大于0.60%就属于高碳钢丝。像弹簧钢丝、胎圈钢丝及钢帘线、辐条、镀锌钢丝及钢芯铝绞线等等许多方面都有应用到高碳钢丝。现在的生产中主要通过固定模拉拔法来进行钢丝的制备，而对于异型钢丝则使用辊拉法和轧制法。原料经常使用的就是经过高速无扭控轧控冷技术生产出来的盘条。生产流程中的重点工序就是拉拔过程。断丝现象一般就是发生在这个过程中，而发生断丝就会影响产品的质量保障，还严重降低了拉丝的生产效率。关于高碳钢丝断丝的问题的原因有很多，而因为盘条本身中夹杂的非金属和拉拔过程中产生的摩擦马氏体引起的失效就占了90%以上。除了这个是拉拔断裂的主要原因外，还有加工硬化和拉拔工艺在其中产生的影响。

一.非金属夹杂物的影响

硫化物、硅酸盐、氧化物或者是这些的混合物是非金属夹杂物在盘条中的主要存在形式。夹杂物和大块的第二相粒子是引起材料断裂的主要因素：随着它们的数量和尺寸大小的增加，裂纹的产生机率也随之提高。相反，钢材的韧性就会降低。在这其中，夹杂着硫化物的属于塑性夹杂，在热加工的过程中会沿着加工的方向伸展成带状，这样，在钢与夹杂的界面上就会不容易产生形变裂纹；硅酸盐的夹杂则属于不变形夹杂，这样的特性会使其在热加工时保持原来的形状，而钢基体则环绕其进行流动，尤其是当大型硅酸盐夹杂在钢丝的边部时，钢丝的横向力学性能就会因此大打折扣，并且使塑性也减弱，这样的钢丝在拉拔受力时非常容易产生横向的裂纹，并导致断裂；氧化物的夹杂则是脆性夹杂，会在加工过程中沿着加工的方向碎裂成串。由于脆性夹杂物的变性能力为零，所以在拉拔的时候无法与基体进行同步变形，这样就会在表面产生裂纹源，并逐渐扩展成宏观裂纹。由于这点原因，就可发现对材料的危害最大的就是脆性夹杂物。

盘条中之所以有非金属夹杂物的原因有两种：第一种是在精炼到连铸的过程中，脱氧产物和其中的钢水和空气进行了二次氧化而得到的内生夹杂物，这种夹杂物通常情况下并不会对产品的质量产生很大的威胁；第二种外来夹杂物是在冶金和浇注的过程中顺便带入的夹杂物，加钢包、中间包中耐火材料的侵蚀物和卷进来的包渣和保护渣等等。这种队产品的危害程度最高。

根据夹杂物的来源来进行一些针对性的措施来控制夹杂物的含量、组成成分和形态。对处于相当重要地位的弹簧钢丝和制绳钢丝，则应该尽可能的用精炼的硬线来提高使用寿命。具体的方法有：在对钢材进行冶炼的过程中使用复吹技术以及冶炼终点动态控制技术；精炼过程则使用优质合适的精炼渣，同时对包底吹氩技术进行改动升级，有效地控制夹杂物的类型；在最后的连铸过程中则可以利用保护浇注，对中间包内部控制流场的操作进行优化，增强对于非稳定状态的操作水平来提升连铸坯的干净度。

二.显微组织的影响

单单从理论方面来说，索氏体组织是钢丝中最好的的拉拔组织。将一层铁素体和一层渗碳体机械混合起来就是索氏体，它的片间距与一般的片层珠光体的片间距相比还要小，这样在滑移时就可按最短的路程来。制作索氏体的工艺流程是首先将钢丝加热，直到其成为完全均匀稳定的奥氏体，然后将其在熔融的铅或其它的介质中进行连续等温的冷却来得到。而在实际的生产过程中经常出现一些非正常的组织，比如渗碳体、屈氏体和沿轧制方向的带状马氏体组织。为了防止这些非正常组织引发断丝现象，需要严格控制高线轧制控冷工艺，设计不同的温度，使同一盘的盘条同时冷却。Mn、Cr等合金元素的偏析，则会导致珠光体的转变C曲线的右移，随着快速冷却的进行可能会产生马氏体转变，导致局部韧性的消失。为了降低合金元素的偏析需要加快连铸中的冷却速度，尽早的结晶，同样也可加设电磁搅拌来更好的降低偏析。

三.拉拔工艺的影响

不同的钢丝如果不考虑尺寸的话，冷硬化能力可以认为是一定的，而以此来可以得出钢丝拉拔工艺中的部分压缩率和总压缩率同样是一定的。如果总的压缩率过大，钢丝的塑性变形能力会因为加工而导致硬化，这样在最后的几道肯定会产生断丝现象。由于高碳钢的本身含碳量就很高，有较强的脆性，因此如果钢丝的表面受到损伤的话，在损伤部位附近的金属就会发生塑性变形，进而引发加工硬化，位错增加，使其更加脆弱。这样在接下钢丝经过导向轮时，在各种受力的作用下，损伤部位就会开裂甚至断裂。在钢丝的拉拔过程中，如果钢丝和导向装置没有在正确的摩擦条件下，那么就会生成摩擦马氏体。摩擦马氏体会极大地提高钢丝局部区域的脆性，在以后的过程中受到一定弯曲时，摩擦马氏体部分和钢丝基体之间的反应会不相同，引发裂纹的产生和扩散，最终使钢丝的断裂。

为了解决以上的问题，防止因为拉拔工艺的不当操作引发的钢丝失效，需要根据钢的冷硬化能力来进行分类并分别设计相适应的拉拔路线，对各个道次变形率进行适当的调整分配，并且保证拉拔时的装置正确配置，还要清理拉丝模的表面，使其光滑，避免摩擦马氏体的出现，降低断丝率。

四.结语

成品钢丝的质量依赖于盘条本身的质量，例如组织、拉丝工艺、冷却、的这些众多因素综合起来就很容易导致钢丝断裂。因此必须从炼钢开始，一直到连铸、轧制和拉拔生产各个过程都必须要严格的控制。同时在拉拔工艺前，对拉拔的模具和盘条的质量都应仔细筛选，注意前面提出的种种事项来控制生产过程从而生产出质量合格的高碳钢丝。

参考文献

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