原材料质量对82B盘条深加工性能的影响

摘要:对使用82B盘条制作钢绞线过程中常见断裂现象进行了总结，分析了导致脆性断裂的原因，并对生产82B盘条和用户深加工过程中如何减少断丝率提出了建议。

关键词:82B　 深加工　 断裂

    预应力钢绞线用于大跨度桥梁、铁路、高速公路、城市高架桥及立交桥等交通运输行业，其强度高达1570MPa以上，使用预应力钢绞线代替普通钢筋。可显著提高建筑物的承载能力、延长使用寿命、降低生产成本(节约钢材30％以上)。82B盘条是制作预应力钢绞线的原材料，盘条经酸洗、磷化后，直接从Φ12.5mm规格连续冷拉拔至击Φ5.05mm，拉拔速度一般为7m/s，这就要求盘条必须达到如下性能：

    (1)[P]≤0.025％，[S]≤0.015％；

    (2)∑[O]≤0.004％；

    (3)非金属夹杂物尺寸不大于20μm，且不能富集：

    (4)盘条索氏体率不小于85％，且不能存在非正常组织：

    (5) Φ12.5mm规格的82B盘条原始抗拉强度不小于1100MPa,时效后面缩率不小于25％,即盘条不但要有一定的原始抗拉强度，又要具备优异的深加工性能。

1 深加工过程常见断口

1.1 预应力钢绞线生产工艺

近年来,随着控轧控冷工艺的研究与应用，高速线材厂采用斯太尔摩控冷工艺生产的82B盘条索氏体率达85％以上，故用户取消了原来在使用前采用的铅浴淬火韧化处理工序。目前，生产预应力钢绞线的工序一般简化为：盘条-酸洗-磷化-冷拉拔-捻制-稳定化处理-成品。

1.2 82B盘条深加工过程常见断裂现象

目前,制作l860MPa钢绞线的拉丝机主要有2类：一类为国内设计，拉拔速度为2～4m/S：另一类为国外进口，如意大利LZ9/1200型和LZ8/900型拉丝机，拉拔速度为7～14m/s。如此高的拉拔速度,若出现断丝现象,则势必增加劳动强度，且影响产量(处理断丝约需0min)，所以如何降低盘条在后序生产过程中的断丝率便成了82B原材料和后序加工企业面对的重要课题。在拉拔和捻制过程中常见的断口主要有脆性断口、尖锥状断口和斜权状断口3类。

(1)脆性断口。脆性断口形貌见图1。

此种断裂主要发生在盘条放线和拉拔的前几道次，由于此时没有保护措施，危险性很大，严重时甚至盘条在生产下线时便发生自断。发生此种断裂的主要原因是盘条本身金相组织有缺陷或盘条表面存在较严重的缺陷。另外，用户在拉拔过程中时效时间不够也会出现脆断裂。

(2)尖锥状断口。尖锥状断口形貌见图2。

此种断裂主要发生在拉拔和捻制过程中,断口的典型形状是“一尖一窝”。发生断裂后没有面缩，主要原因是盘条中存在严重的碳偏析、缩孔和疏松缺陷。另外，拉拔工艺不当也会出现尖锥状断裂：

(3)斜杈状断口。斜杈状断口形貌见图3。

发生此种断裂的主要原因是拉拔产生的轴向力与拉丝模的中心线不对正而引起盘条四周受力不均,情况较轻时盘条的一个侧面的磷化膜会被刮下，出现细小裂纹，如此时拉丝模磨损严重，则会导致盘条孔型不圆,甚至出现盘条从中间劈裂的现象。另外，盘条表面有细小裂纹，或表面局部渗碳也会出现斜权状断裂。

2 优化生产工艺提高产品质量

2.1 控制钢中的大型夹杂物

由于夹杂物的塑性比基体差,在拉拔、捻制过程中易脆断,所以在冶炼过程中控制钢中夹杂物的尺寸及形貌尤为重要。试验表明，在转炉冶炼过程中,通过选用合适的脱氧剂进行终脱氧。能使(FeO)与(MnO)含量大幅度下降，而硫含量略有提高，同时能改变钢中氧化物夹杂物的尺寸和分布，使之在冶炼中得到充分上浮；在LF精炼过程中,合适的软吹氩流量及一定的软吹氩时间也利于促进夹杂物上浮。上述工艺控制均能大幅度提高钢水的洁净度,从而显著降低钢中夹杂物含量。研究表明，当采用国内常用的Al—Fe脱氧剂时，钢中夹杂物中A1₂0₃含量为60％～90％，此时极易产生熔点很高、形态不规则、棱角分明的大型脆性夹杂物，见图4。

这种夹杂物由于塑性比基体小，在拉拔过程中不能与基体同步变形，导致盘条断裂。为尽可能避免生成脆性夹杂物，对高碳钢而言，一方面，可以改变转炉终脱氧剂，不采用铝脱氧；另一方面,在精炼过程中避免铝脱氧,通过控制(A1₂0₃)含量来改变夹杂物的形态。目前，盘条夹杂物主要有CaO-A1₂0₃、CaO-A1₂0₃-Si0₂-Fe₂0₃、CaO- A1₂0₃-Si0₂-Fe₂0₃和Mn-Fe-S4种类型。

(1)CaO-A1₂0₃型夹杂物为球状；

(2)CaO-A1₂0₃-Si0₂-Fe₂0₃型夹杂物为球状，其中部分带有少量MgO夹杂物：

(3)Ca-Al-0-Fe-Mn-S型夹杂物为A1₂0₃含量较高的氧化物和硫化物复合夹杂物。心部硫含量低，边部硫含量高，即氧化物外围包裹着硫化物；

(4)Mn-Fe-S型硫化物夹杂物为细长条状。

试验表明,合理控制脱氧条件和精炼时的(A1₂0₃)含量，可明显改善钢水纯净度，使夹杂物形态由尖角状变成球状,尺寸明显减小，95％以上的夹杂物尺寸在5μm以内,显著减少了钢中大型夹杂物的数量，使盘条在拉拔过程中断丝率显著降低。

2.2 优化连铸工艺提高铸坯质量

连铸工艺的优化主要是解决铸坯的缩孔、中心偏析和表面增碳等问题。对于高碳钢而言，其本身固有的一些物性参数(如固态导热系数等)使得其中心部位易出现疏松、缩孔和中心偏析等缺陷，所以在实际生产过程中，应采用合理的技术和有效的控制工艺参数来减轻这些缺陷。在连铸工艺中，影响铸坯内部质量的主要因素有钢水过热度、拉速和二冷比水量。

(1)钢水过热度。选择合适的浇注温度可获得较宽的等轴晶区，减轻铸坯中心偏析和内裂缺陷，从而改善铸坯质量。如浇注82B钢时，选择较低的中间包钢水过热度，可有效改善铸坯质量；

(2)拉速。随着拉速的增大，铸坯的表面温度升高，导致其内外温度梯度增大，柱状晶生长加快，使铸坯内部质量恶化；同时，拉速的增大导致凝固终点延长，不利于等轴晶形成，使元素偏析程度加大：拉速的降低虽能改善铸坯中心偏析和疏松，但随着拉速的降低。铸坯中心缩孔恶化，甚至出现严重缩孔(见图5)。所以，选择铸坯拉速时。必须综合考虑中心缩孔、疏松、偏析和连铸机生产周期之间的匹配问题。在浇注过程中，采用恒拉速浇钢技术，使拉速尽量不随温度的变化而频繁波动。能{zd0}限度避免钢水液面的频繁波动,降低卷渣比率。从而在轧制和用户深加工过程中避免出现横裂现象：

(3)二冷比水量。合理的二次冷却是改善铸坯内部质量的关键,应正确控制二冷段的冷却强度和喷淋水的均匀性。随着比水量的增大。铸坯内外总体温度梯度增大，柱状晶得到发展。这虽不利于等轴晶的生长。但可加快铸坯凝固速度,改善中心偏析。在各参数不变的条件下，针对不同的比水量进行的生产试验表明,选择合理的比水量能使连铸坯化学成分分布比较均匀，成分偏析控制合理，致密度提高。