线材制品生产及使用中形变马氏体的产生与防止.pdf

第2 9 卷 第3 期 Vo 1 2 9 N o 3 金 属 制 品 S t e e l W i r e P r o d u c t s 2 0 0 3 年 6 月 J u n e 2 0 0 3 线材制品生产及使用中形变马氏体的产生与防止 徐永成曾春霖(江苏沙钢集团有限公司 张家港2 1 5 6 2 5)摘要介绍线材制品在使用过程中可能出现形变马氏体的情况。对钢丝生产过程中出现形变马氏体的情 况进行探讨，在中高碳钢丝的大压缩率(大于 3 0)拉拔时，钢丝表面如果润滑不好，会出现表面横裂，其低倍金相 为白亮层，测量白亮层的硬度和 S E M分析认为该白亮层为形变马氏体。对钢丝产生形变马氏体原因进行讨论，并 提出了避免形变马氏体产生的技术措施。关键词线材钢丝形变马氏体断裂 Oc c u r r e n c e a n d P r e v e n t i o n o f De f o r ma t i o n M a r t e n s i t e i n Pr o d uc t i o n a nd Ap pl i c a t i o n o f W i r e Ro d Pr o du c t s Xu Yo n g c h e n g Z en g Ch u n l i n (J i a n g s u S h a g a n g G r o u p C o ，L t d Z h a n g fi a g a n g 2 1 5 6 2 5)Ab s t r a c t T o i n t r o d u c e t h e s i t u a t i o n o f p o s s i b l e o c c u r r e n c e o f d e f o r ma t i o n ma r t e n s i t e i n t h e c o u r s e o f a p p l i c a t i o n o f wi r e r o d p r o d u c t s T h e s i t u a t i o n o f o c c u r r i n g d e f o r ma t i o n ma r t e n s i t e i n t h e c o u r s e o f s t e e l w i r e p r o d u c t i o n i s d i s c u s s e d I n t h e p r o d u c t i o n o f h i g h c a r b o n s t e e l w i r e，i f d r a w i n g d r a u g h t i s h i g h(s u c h a s m o r e t h a n 3 0)a n d l u b ri c a t i o n o f s t e e l w i r e s u r f a c e i s n o t g o o d，a c r o s s c r a c k a p p e a r s，w h o s e l o w t i me s me t a l l o g r a p h i c s t r u c t u r e i s b ri g h t c o a t B y me a s u ri n g i t s h a r d n e s s a n d a n a l y z i n g wi t h S EM i t i S c o n s i d e r e d t h a t t h e b ri g h t c o a t i S d e f o rm a t i o n ma r t e n s i t e T h e c a u s e f o r d e f o r ma t i o n ma r t e n s i t e i n s t e e l w i r e i s d i s c u s s e d，a n d t h e t e c h n i q u e me a s u r e s t o a v o i d o c c u r r e n c e d e f o rm a t i o n ma r t e n s i t e are p u t f o r w a r d Ke y wo r d s w i r e r o d；s t e e l w i r e；d e f o r ma t i o n ma r t e n s i t e；a c t u r e 钢丝生产及应用过程中，人们多次遇到钢丝出 现表面 白亮并伴有横裂的情况，造成较大损失。一 些资料对 白亮的钢丝进行分析之后，得到的结论是 在钢丝表层 产生 了形变马 氏体(或称边缘马氏体)组织。但这并未引起足够重视，甚至该结论未得到 普遍认同。笔者通过工艺对比试验，对钢丝拉拔缺 陷进行分析研究，对形变马氏体有了进一步认识，现 将有关文献资料的概要和我们的分析验证结果作一 介绍，希望对人们进一步认识形变马氏体和防止拉 丝过程 中形变马氏体产生有所帮助。1 盘条表面损伤形成的形变马氏体 1 9 8 8年年末，江南某厂从 日本新 日铁进 口了一 批 S WR H8 2 B 01 3 m m盘条 用于生产钢绞线，投料 后发生盘条未经拉拔或拉拔一道次即断裂的质量问 题，断口接近平齐。新 日铁君津制铁所条钢线材管 理科对多组断 口样进行了分析研究，结果归纳为以 下几点：(1)断裂源起 于线材表面；(2)断 口附近有 机械损伤痕迹；(3)线材上的伤痕位 于盘 圈内侧且 垂直于线材轴线；(4)断 口附近有异常的金属变形 流线；(5)断 口附近具有马氏体及冷作硬化组织结 构，且呈白亮色分布于盘条表层，白亮层上有多条垂 直 于线材轴线的裂纹。研究者拍摄了上述缺陷的组织照片，典型者如 图 1 所示。研究者通过模拟试验分析推断，认为盘条断裂 是 由于运料时用户的叉车钢叉和盘件内侧盘条剧烈 摩擦产生 了表面马氏体等硬脆组织。于同仁等 也阐述 了高碳线材生产使用 中会 因剧烈撞击或摩擦产生马氏体，进而产生平切断裂 问题。高碳盘条表面的形变马氏体为硬脆组织，拉伸 变形能力极差。生成 了形变马氏体的盘条(或钢 丝)表面在拉应力下会 因表层马氏体发生开裂而在 此处形成宏观横裂纹，并在裂纹的尖端形成应力集 中。实际上，盘条表面损伤后 即使没有形成表面马 维普资讯 http:/ 第 3期 绦永或等：线材制品生产及使用 中形受马氏体的产生与防止 I 3 圈 1 S W R H 8 2 B破断处形变马氏体夏形变流线 5 0 0 氏体，也会在凹坑、缺12 1 等破损处形成应力集中而成 为高强度盘条雅断的根源。2 钢丝拉拔中产生的形变马氏体 笔者及有关人员对 4 5，S WR H 7 7 B，8 0钢钢丝表 面白亮处组织的电子显微形貌、显微硬度分别进行 了观察及试验，图 2 a，3 a，4 a中所示的白亮组织的 显微硬度均与马氏体硬度相近。图2 b，3 b为某材 料研究所对白亮组织进行特殊浸蚀后拍摄的电镜图 象，其组织被确认为形变马氏体。图4 b的白亮组 织中则可清晰辨出针状物，呈典型的马氏体形态(b)S E M形貌 2 0 0 0 图中左侧显微硬度为6 7 0 7 2 0 H V 0 2 圈2 4 5 钢钢丝表面生成的形变马氏体 图5所示为7 0钢钢丝表面横裂 白亮层。其生 产工艺为无酸洗拉拔，拉丝路线为 0 6 5 5 6 一 7 (b)x1 0 0 0 圈中下侧显微硬度为7 7 9 8 2 1 H V l 图 4 8 0 钢钢丝表面生成的形变马氏体 一3 8 3 2 2 8 l，最大道次减面率 3 5(0 4 7 -+3 8 m m)，0 3 8 m m钢丝表面出现大面积横裂且 四周发亮。图6 所示为 S WR H 7 2 B钢丝表面横裂处对应的 维普资讯 http:/ 1 4 金 属 制 品 第 2 9 卷 图5 7 0钢钢丝表面生成的横裂白亮层 1 0 0 圈 6 S WR H 7 2 B钢丝表面的 自亮层横裂 x 2 0 0 金相照片。生产中采用盐酸洗+磷化+皂化进行表 面处理，拉丝 t-A为 01 3 0 一I I 5 +9 8 8 2 m il l，最大道次减面率达 3 0(0 9 8 8 2 m m)，拉拔到 8 2 m m时磷化膜脱落，同时钢丝表面出现 白亮色 及横裂。图7所示为 4 5钢钢丝表面横裂处对应的金相 组织，裂纹已扩展至正常组织内部。钢丝生产采用 无酸洗拉拔工艺，拉丝路线为 0 6 5 5 7 +4 5 3 6 3 0m I，最大道次减面率 3 0 6 (3 6 _ 3 0 l n m)，0 4 0 ，3 0 m m钢丝表面出现大面积横裂 3 钢丝绳使用中形成的形变马氏体 钢丝绳在实际使用中经常发生断丝问题，特别是 在重载荷作业时钢丝绳和滑轮之间没有良好润滑 往 往会使局部钢丝表面产生横裂纹。张德英 的分析研究结果认为 宏观特征表现 为制绳钢丝局部单侧发亮的表面是深度约 0 0 4 0 0 8 m m的马氏体组织层，正常组织则为索氏体+铁素体，见图 8 。图 9 6 0钢臆断面上的形变马氏体 S E M形貌(8 6 0 H V 0 2】I 5 0 0 8 8 7 s 钢钢丝袭面的白亮层横裂 o o 薹 铁 素 体 及 珠 光 体，因 为 图5、图6、图 7的钢丝表面横裂 白亮层硬度和 已经过冷拉拔加工故组织呈纤维状。按相变规律。马氏体硬度类同，可以推断和图 4一样，是拉拨过程 钢丝组织只有先转变为奥氏体，再 以足够的速度快 中形成的形变马氏体c 冷才能发生马氏体相变。维普资讯 http:/ 第 3期 徐永成等：线材制品生产及使用中形变马氏体的产生与防止 1 5 当钢丝与模具 的接触处在无润滑条件下产生剧 烈摩擦时，摩擦热可使钢丝表面薄层在千分之几秒内 迅速升温到 7 0 0或更高；另一方面，拉拔时模 具对钢丝的压应力能使奥氏体转变点下移 I 8 ，即降 低奥氏体化温度，并使整个 c曲线向右向下移动，这 能推迟珠光体转变时间，同时有利于马氏体相变。据 此分析，当钢丝拉拔过程中润滑效果差或拉拔工艺不 当时，钢丝与模具之间的剧烈摩擦变形完全可以提供 钢丝表层组织奥氏体化所需的相变驱动力。钢丝表面形成的高温区域(7 0 0以上)体积很 小，当与钢丝基体进行热传导时能形成很高 的温度 梯度，这为马氏体相变提供了所需的过冷度，同时钢 丝表面已奥 氏体化的区域在应力作用下也会诱发马 氏体相变。5 避免形变马氏体产生的技术措施 2 0 0 1年，上海 某 公 司在 A厂 使 用 S WR H 7 2 A 5 mm无扭 控冷热轧盘条无酸洗拉拔橡胶骨架 材料的半成 品，设备 为国产 6 5 5 0连拉 机，工 艺为 5 5 7 _ 4 9 _ 4 2 5 3 7 5 3 3 3 0 m m。拉 拔中频繁断丝，钢丝白亮且有多处横裂，造成约3 0 t 材料无法继续生产。经双方协商，将 同炉批的母 材 运到该公 司的 B厂生产，盘条先经剥壳、清刷、电解 酸洗、涂硼、烘干后在进 口直进式连拉机上拉拔相同 的半成品，结果钢丝上润滑膜 良好，无亮丝，无 横裂 且无一次断丝。检验证 明 A厂的断丝完全是润滑 不 良形成形变马氏体后造成的。确保表面处理及润滑效果，减少摩擦和剧烈不 均匀变形，防止线材或钢丝表面薄层 剧烈 升温是避 免形变马氏体产生的关键，由此可采取的措施有：(1)线材生产、储运过程 中应防止 吊具、铲车钢 叉、运载车船的钢铁部件和盘条产生剧烈摩擦；(2)盘条机械剥壳除锈及进模具 导卫时应避免 剥壳轮与盘条、导卫与盘条产生硬性摩擦；(3)无酸洗拉拔时应确保去除氧化皮 的效果及 钢丝表面润滑膜在第一、二道拉拔时形成 良好；(4)防止磷化处理质量不佳引起磷化膜脱落或 硼化涂层不 当而吸潮 ，以免造成润滑失效；(5)合理选择润滑剂并防止工作锥角度不当和 道次减面率过大引起的严重 不均匀变形，也要防止 模子安装不正造成 的钢丝单侧严重不均匀变形；(6)切实保证模具和卷筒冷却效果。6 结束语 钢丝拉拔后 表层局部或大面积呈 白亮色，产生 单侧或四周横裂纹，此时白亮钢丝的缺陷部位常常 存在形变马氏体。此类组织硬度高、脆性大，在拉应 力作用下极易开裂，裂纹一般垂直于钢丝表面 向里 扩展且通常贯穿整个马氏体层。当裂纹扩展至马氏 体层与正常组织交界处时会因正常组织良好的塑性 而改变为与表面成 4 5。的方 向扩展(图 7)。随着钢 丝拉拔的不断进行，裂纹会逐渐扩展直至断裂，因此 说钢丝表面的形变马氏体层是引起钢丝断裂的一个 重要原因。根据形变马 氏体产生的原因及机理，防 止其生成的根本措施是防止钢丝表面处理不 当，确 保 良好的拉拔润滑条件 和防止拉拔严重 不均匀变 形。参 考文献 1 于同仁 高碳钢盘条拉拔脆断原因分析 2 0 0 2年全国线 材制 品行业 年会，南京，2 0 0 2 2 张德英 钢丝绳使用中断丝原因分析 金属制品，1 9 9 9，2 5 (3)：7 8 3 金国钧 钢丝绳损伤的技术分析 金属制品，2 0 0 2，2 8(5)：16 4 李志深 钢丝生产工艺(下)湘谭：湘钢职大，1 9 8 8 6 2 6 5 5 王天冲 钢帘线生产 北京：北京科技大学压力加工系，1 9 9 6 5 5 6 刘方根 钢丝在冷拔过程 中的相变 金属热处理，1 9 9 9 (9)：4 3 7 刘方根 冷拔过程中钢丝发热的影响及对策 2 0 0 0金属 制品技术创新技术交流会论文集 无锡，2 0 0 0 8 夏国华 钢的现代热处理技术 北京：兵器工业 出版社，1 9 9 6 5 5 9 刘永铨 钢的热处理 北京：冶金工业出版社，1 9 9 3 6 7 6 9 1 0 郭志民 P C钢丝拉拔叫模及模裂原因分析 金属制品，2 0 0 0，2 6(4)：1 71 9 (收稿 日期：2 0 0 21 2 3 1)作者简介 徐永成1 9 4 0年生，高级工程师，退休前任长钢二厂副 6-工 程师，现为江苏沙钢集团公司 6-工办顾问。曾春 霖1 9 7 5年生，江苏沙钢 集团公 司钢铁研 究所工程师。维普资讯 http:/