分享：Q195钢盘条拉拔断裂原因

• 康达意, 
 
• 袁小印

• 山西晋钢智造科技实业有限公司，晋城 040800

Q195钢盘条具有强度低、可塑性好、延伸性优异、易加工等优点，常用于生产镀锌铁丝、过滤网、丝网和铁钉等产品[1]。某公司生产的Q195钢盘条在拉丝过程中多次出现断裂现象，特别是拉拔至2.0 mm时，断裂率为0.17次/t，远低于行业先进水平0.05次/t。笔者采用一系列理化检验方法对盘条断裂的原因进行分析，以避免该类问题再次发生。

1.   理化检验

1.1   宏观观察

对盘条断口进行宏观观察，结果如图1所示。由图1可知：断裂试样断口形貌分为两种，一种为斜茬状断口，表现为断口处有明显三角状缺陷；另一种为缩颈断口，表现为断裂处有明显缩颈，内部呈暗灰色。

图  1  盘条断口宏观形貌

下载: 全尺寸图片 幻灯片

1.2   化学成分分析

断裂盘条和正常盘条的化学成分分析结果如表1所示。由表1可知：断裂盘条的化学成分符合GB/T 701—2008《低碳钢热轧圆盘条》的要求。

Table  1.  断裂盘条和正常盘条的化学成分分析结果

项目	质量分数
	C	Si	Mn	P	S	O	N
断裂试样实测值1	0.05	0.07	0.29	0.028	0.025	0.014 7	0.002 6
断裂试样实测值2	0.05	0.08	0.27	0.022	0.033	0.015 4	0.002 1
正常试样实测值	0.06	0.05	0.25	0.025	0.028	0.014 3	0.002 9
标准值	≤0.12	≤0.30	0.25~0.50	≤0.035	≤0.040	-	-

下载: 导出CSV 

| 显示表格

1.3   扫描电镜（SEM）及能谱分析

斜茬状断口的SEM形貌如图2所示。由图2可知：试样表面有多处缺陷，断口的主要形貌为韧窝，表明材料有良好的塑性，韧窝中有颗粒状物质，断口内无大尺寸夹杂物。对颗粒状物质进行能谱分析，可知其含有碳、钙、硫、氧、铁等元素。拉丝用润滑剂为硬脂酸钙（即钙皂），分析推测表面附着物应为拉拔润滑剂。

图  2  斜茬状断口的SEM形貌

下载: 全尺寸图片 幻灯片

缩颈断口的SEM形貌如图3所示。由图3可知：断口呈塑性断裂特征形貌，有明显的颈缩；材料表面光滑，有剐蹭痕迹；断口主要形貌为韧窝，表明材料有良好的塑性，断口内未发现大尺寸夹杂物。

图  3  缩颈断口的SEM形貌

下载: 全尺寸图片 幻灯片

1.4   金相检验

在斜茬状断口表面截取金相试样，对试样进行金相检验，结果如图4所示。由图4可知：试样未发现大尺寸夹杂物，裂纹附近密集分布有高温点状氧化物，圆周处有灰色物质位于表层。对灰色物质进行能谱分析，可知其含有氧、铁元素，分析其为氧化铁。

图  4  斜茬状断口表面微观形貌

下载: 全尺寸图片 幻灯片

结合行业资料可知,复合夹杂物会导致材料在冷变形过程中发生应力集中[2]。依据GB/T 10561—2023《钢中非金属夹杂物含量的测定 标准评级图显微检验法》对试样进行夹杂物评定，结果显示材料的夹杂物控制良好，批量检验中均未发现大尺寸夹杂物。说明夹杂物并不是材料断裂的主要原因。

在缩颈断口处取金相试样，对试样进行金相检验，结果如图5所示。由图5可知：试样中未发现大尺寸夹杂物；圆周处有灰色物质位于表层。对灰色物质进行能谱分析，可知其含有氧、铁元素，分析其为氧化铁。

图  5  缩颈断口微观形貌

下载: 全尺寸图片 幻灯片

1.5   生产过程回查

对剩余同炉次钢坯进行低倍表皮检验，检验过程中发现表皮存在较多气孔及裂纹（见图6）。对气孔内部灰色物质和深色物质进行能谱分析，结果显示灰色物质为氧化铁，深色物质为少量夹杂物。原工艺跟踪轧制完成后，对成品线材进行酸洗检验，一半采用塑料胶带多层包裹，另一半不采取措施直接用酸液（盐酸与水的体积比为1∶1）浸泡，酸洗后试样表面可见线状缺陷（见图7）。

图  6  同炉次钢坯低倍表皮检验结果

下载: 全尺寸图片 幻灯片

图  7  成品线材酸洗检验结果

下载: 全尺寸图片 幻灯片

取线材未酸洗部分试样进行能谱分析，发现裂纹内物质为氧化铁。裂纹附近存在高温点状氧化物，说明该缺陷为铸坯原始缺陷。

2.   综合分析

斜茬状断口处母材表面发生皲裂，存在多处缺陷，缺陷处密集分布有高温氧化圆点及氧化铁，说明钢坯在生产过程中存在表面缺陷。在加热过程中，缺陷与炉内气氛发生氧化，缺陷遗传在盘条表面，形成了麻面、凹坑、皲裂等缺陷。拉拔过程中，缺陷处摩擦因数增大，使母材产生应力集中，最终导致材料在缺陷处发生开裂。

缩颈断口处母材表面光滑，未发现缺陷，断口呈微孔聚集型断裂特征，符合Q195钢塑性断裂的主要微观特征。在拉拔过程中，材料中存在除鳞未尽的氧化铁皮，结合客户生产工艺（机械除鳞）可知，材料存在氧化铁皮残留问题。生产拉拔过程中，载荷过大，最终导致材料发生开裂。该批次材料的屈服强度为260 MPa，抗拉强度为341 MPa，断后伸长率为34.0%，均满足GB/T 701—2008标准要求及客户要求，排除了材料本身强度不足的问题。

3.   结论及建议

该热轧盘条发生斜茬状断裂的原因是钢坯表面缺陷遗传，发生缩颈断裂的原因是盘条表面氧化铁皮未除尽及载荷过大。

建议优化炼钢工艺，以提高钢坯表面质量，并控制连铸过程中的拉速，避免拉速波动过大；增大高压水除鳞压力，保证钢坯除鳞干净。结合多个合作生产厂家工艺，建议客户增加除鳞装置，机械除鳞效果有限，对后续细丝生产质量及速率均有影响；建议增加拉拔道次，以减小每次缩颈量。

来源--材料与测试网