鋼絲斷裂原因分析

1、一、夾雜物引起斷裂線材中非金屬夾雜物的存在，破壞了組織的連續(xù)性，起到了一個(gè)顯微裂紋的作用。當(dāng)受到外力作用時(shí)，在夾雜物的頂端首先產(chǎn)生附加的應(yīng)力集中。尤其在原奧氏體晶粒交界處出現(xiàn)的大塊狀、條狀或片狀碳化物，這些異常碳化物在材料冷變形時(shí)，嚴(yán)重地阻塞了位錯(cuò)的移動(dòng)，致使該處產(chǎn)生應(yīng)力集中。當(dāng)應(yīng)力集中達(dá)到一定大小時(shí)便會(huì)使碳化物開裂，或在碳化物與基體交界處產(chǎn)生裂紋。當(dāng)裂紋達(dá)到失穩(wěn)狀態(tài)尺寸，地瞬時(shí)產(chǎn)生斷裂。非金屬夾雜物的多少是衡量簾線鋼質(zhì)量高低的一個(gè)重要因素。在用SEM寸斷口進(jìn)行分析的過程中，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)非金屬夾雜物。在典型的杯錐狀斷口上有時(shí)候就能發(fā)現(xiàn)夾雜物，SEM1明大多為三氧化二鋁來雜或其它高熔點(diǎn)脆性夾雜物。其

2、避免主要是通過精煉，使夾雜物變?yōu)樗苄缘腿埸c(diǎn)夾雜物。脆性夾雜物是引起鋼絲斷裂的重要原因之一，而夾雜物引起斷裂分為以下幾種形勢(shì)：1、夾雜物與鋼基體之間界面脫開拉伸過程中，在夾雜物周圍的局部加劇了應(yīng)力集中；裂紋優(yōu)先在與拉應(yīng)力垂直的夾雜物與基體的界面產(chǎn)生并沿著夾雜物與鋼基體界面擴(kuò)展，致使夾雜物與基體界面脫開。2、夾雜物本身開裂由于脆性較矮雜物本身具有缺陷，在拉伸過程中，在缺陷處產(chǎn)生嚴(yán)重的應(yīng)力集中，由于局部應(yīng)力升高而導(dǎo)致夾雜物本身開裂。；3、混合開裂鋼中非金屬夾雜物的形狀、分布是沒有規(guī)律的，因此夾雜物在鋼中引起裂紋也是隨機(jī)性的，取決于夾雜物的性質(zhì)、尺寸、形狀及分布，對(duì)于同類型的夾雜物，由于形狀、分布和受

3、力方向不同，往往產(chǎn)生斷裂的情況也不盡相同，有時(shí)兩種斷裂方式同時(shí)存在，有時(shí)兩種斷裂方式交替進(jìn)行。4、沿兩種不同類型夾雜物的相界開裂鋼中經(jīng)常出現(xiàn)幾種夾雜物相共生在一起的復(fù)合夾雜物，由于各類夾雜物之間的力學(xué)性能和物理性質(zhì)不同，相界結(jié)合力較弱，在拉應(yīng)力作用下容易從相界開裂。二、偏析引起的鋼絲斷裂在一定程度上，中心偏析對(duì)鋼絲拉斷的危害必脆性夾雜物。因?yàn)槠鲈诟蟪潭壬嫌绊懥虽摻z的延伸性，從而使塑性變形不能在存在偏析的地方產(chǎn)生。在鋼絲最初的拉拔過程中偏析導(dǎo)致小的裂紋的出現(xiàn)，等進(jìn)入了最終拉拔時(shí)就導(dǎo)致了人字形斷口(chevroncracks)在連鑄過程中減少中心偏析的途徑有以下幾個(gè)：1、中心偏析隨著中包過熱度

4、的降低而降低，因此中包的鋼液溫度應(yīng)該盡可能的低;2、在結(jié)晶器和二冷安裝電磁攪拌。結(jié)晶器的電磁攪拌能夠減少中心偏析的程度和范圍。電磁攪拌同樣可改善V形偏在鑄坯中心的存在；3、盡可能的降低拉速，能夠減輕中心偏析程度。三、馬氏體組織造成拉拔脆斷硬線屬高碳鋼,控制冷卻時(shí)，若冷卻時(shí)間太短，對(duì)鋼材不起作用；若冷卻時(shí)間太長，就容易引起脆斷。在斯太爾摩控制冷卻上，穿水冷卻是奧氏體急速過冷階段。它的目的是控制具有高形變能壓扁的奧氏體晶粒長大和保留加工硬化的效果，為吐絲溫度和后部風(fēng)冷段控制做準(zhǔn)備。軋制硬線錯(cuò)誤的指導(dǎo)思想是，企圖使線材表面淬成馬氏體，然后通過心部自回火方式形成回火馬氏體。如果這樣，在高速的軋制下線材

5、表面得不到充分自回火，難免出現(xiàn)馬氏體殘余。因?yàn)榫€材直徑只有5.5mm最大也只有9mm它的斷面小，形變潛能也小，所以冷卻不能過急，宜控制在0.30.6s,使線材表面溫度始終在Ms以上（高于400C）,以防止表面淬成馬氏體。硬線的散卷風(fēng)冷相當(dāng)于“等溫”處理階段，它的目的是控制鋼中以索氏體為主的組織，以利于提高拉拔性能。要求組織中鐵素體可能少且以塊狀均勻分布，而非網(wǎng)狀析出，因而也應(yīng)采用快速冷卻方式。但若冷卻速度過快，也會(huì)產(chǎn)生貝氏體或馬氏體組織。尤其對(duì)于有合金元素偏析的鑄坯，冷卻速度達(dá)25C/s就容易產(chǎn)生馬氏體。因此，冷卻速度宜為615C/s,使奧氏體分解轉(zhuǎn)變?cè)诮咏麮CT曲線的鼻尖進(jìn)行。對(duì)大直徑線材，

6、可選擇高的初始冷卻速度，因?yàn)橹睆皆龃?，隨體積增加的熱始量比表面所失去的熱量要大，有促使先共析鐵素體增加，珠光體組織長大之趨勢(shì)。高碳馬氏體既硬又脆，沖擊吸收功很低，斷后伸長率和斷面收縮率幾乎為零。同時(shí)，馬氏體的比容比奧氏體大，當(dāng)奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體時(shí)鋼的體積增大。由于馬氏體轉(zhuǎn)變的不均勻性，這種體積變化將引起很大的內(nèi)應(yīng)力，使鋼發(fā)生變形，成為裂紋的根源。這樣，在拉拔力或其它外力的作用下，易引起應(yīng)力集中而使硬線脆斷。四、嚴(yán)重脫碳層造成拉拔脆斷線材的脫碳層直接影響著硬線的拉拔，對(duì)高碳硬線來說，嚴(yán)重的脫碳層好像一個(gè)缺口，不但承受面積小，應(yīng)力增大，而且由于突然縮頸，容易引起應(yīng)力集中導(dǎo)致拉絲脆斷。通過脫碳層深度

7、超標(biāo)而使硬線脆斷的試樣斷口觀察和試樣金相分析，發(fā)現(xiàn)有裂紋和組織兩個(gè)重要特征。第一，硬線表面均存在白色長條，其中平行地分布著橫裂紋，有的橫裂紋已深入基體。因此，硬線的斷線是由于它表層長條區(qū)內(nèi)的橫裂紋擴(kuò)展而引起的。白色長條區(qū)是全脫碳形成的鐵素體組織，它是組織中的薄弱環(huán)節(jié)。第二，硬線組織不是所要求的以索氏體為主的組織，而是網(wǎng)狀鐵素體和粗片狀珠光體。網(wǎng)狀鐵素體的存在會(huì)導(dǎo)致抗拉強(qiáng)度下降，拉拔時(shí)承受變形能力差；粗片狀珠光體的存在也會(huì)導(dǎo)致硬線塑韌性及拉拔能力的降低。這兩種組織是由于加熱溫度過高、加熱時(shí)間過長，鋼的相變溫度偏高，過冷度小而析出的，是脫碳的前沿產(chǎn)物。此外，硬線隨拉拔變形程度的加大，加工硬化程度也

8、增大，網(wǎng)狀鐵素體和粗片珠光體的存在又增加硬線的脆性。當(dāng)硬線拉拔時(shí)，由于脫碳層產(chǎn)生橫裂紋，而鄰近網(wǎng)狀鐵素體和粗片狀珠光體又不能有效地阻止裂紋的擴(kuò)展，且受到拉拔、收盤的扭絞力共同作用，部分硬線即刻脆斷。因此，鑄坯加熱溫度愈高，加熱時(shí)間愈長，爐內(nèi)漏氣或其他不正常因素愈多，脫碳會(huì)愈嚴(yán)重，從部分脫碳到全脫碳，使鋼失去更多的碳。為了防止脫碳，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)章制度，對(duì)不同鋼號(hào)和規(guī)格鋼坯及時(shí)調(diào)整加熱溫度，提高工作的責(zé)任感。從控制脫碳優(yōu)化氧化鐵皮的角度考慮，爐內(nèi)應(yīng)保持一定氧化氣氛，可形成薄的氧化鐵皮，阻止鋼坯表面繼續(xù)脫碳。在預(yù)熱段應(yīng)緩慢加熱（至850C,2h）,并有合適的保溫。鋼坯在850c1050c時(shí)，由于脫碳

9、有向拋物線頂點(diǎn)發(fā)展的趨勢(shì)，應(yīng)嚴(yán)格控制加熱時(shí)間不超過30min,并要盡理縮短均熱段保溫時(shí)間。五、其它非冶金原因關(guān)于鋼絲拉拔時(shí)的斷絲，1984年ZeevZimerman和RoverJ.Henry對(duì)此作了探討。他們對(duì)鋼簾線用鋼絲在水箱拉絲機(jī)上拉拔時(shí)斷口用SEM進(jìn)行分析，觀察到拉拔斷口大部分成杯錐狀。并指出，鋼絲拉拔時(shí)，表面層金屬比心部金屬變形大，這引起表面層金屬沿長度方向受壓應(yīng)力而中心部分受拉應(yīng)力，當(dāng)此拉應(yīng)力過大時(shí)致使在中心部位產(chǎn)生中心破裂，即形成V型裂紋或人字形裂紋。并認(rèn)為這種V型裂紋是拉拔斷絲成為大量杯錐狀斷口的原因。雖然ZeevZimerman和RovertJ.Herry對(duì)此研究得很詳細(xì)，但是未能考慮后面工序中的捻制斷絲問題，未能指出兩種杯錐狀斷口的內(nèi)在聯(lián)系。1981年，EddyG.Demeyere在研究高低碳鋼的夾雜物對(duì)鋼絲拉拔時(shí)的可加工性能和機(jī)械性能的影響時(shí)，曾指出，在鋼絲拉拔到0.25mm過程中，很少或根本沒有發(fā)現(xiàn)由于夾雜物引起的斷絲更令人驚奇的是，即使50pm大的零星存在的夾雜物也未能造成拉拔斷絲，而主要是由于表面缺陷或過在造成的斷絲。他說，這種情況與簾線捻制時(shí)不同，由于在捻制時(shí)鋼絲受到扭轉(zhuǎn)