第３６卷 ＶｏＬ ３６ 第４期 Ｎｏ．４ 金属制 品 Ｐｒｏｄｕｃｔｓ ２０１０年８月 Ａｕｇｕｓｔ ２０１０ Ｍｅｔａｌ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００３～４２２６．２０１０．０４．０１９ ＳＷＲＨ８２Ｂ盘条拉拔断裂原因分析和改进 赵自义 （安阳钢铁股份有限公司， 河南摘要安阳４５５００４） 预应力钢绞线用ＳＷＲＨ８２Ｂ盘条拉拔过程中易断裂。对冶炼、连铸、轧制等过程进行分析，提出ＳＷＲＨ８２Ｂ 盘条的质量要求：碳质量分数波动小于０．０３％，化学成分均匀，夹杂物为ＭｎＳ，ＳｉＯ：等可变形夹杂及少量铝酸盐，尺 寸一般应小于３０ ｍ；对ＳＷＲＨ８２Ｂ盘条用坯料进行检查、修磨和精整；连铸时严格控制钢的成分均匀性、钢水过热 度、二次冷却等，采用结晶器和末端电磁搅拌以减轻碳偏析；盘条索氏体化率达到８５％以上，控制盘条心部渗碳体 和马氏体等异常组织。造成盘条拉拔断裂的原因主要有时效期短、断面收缩率低，表面结疤、增碳，盘条心部出现 网状渗碳体和马氏体以及表面擦伤等。针对以上原因提出相应的改进措施，改进后盘条合格率大大提高。 关键词ＳＷＲＨ８２Ｂ盘条；预应力钢绞线；拉拔断裂；冶炼；连铸；夹杂物 ＴＧ ３５６．２１ 中图分类号Ｃａｕｓｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ ＳＷＲＨ８２Ｂ ｗｉｒｅ ｒｏｄ ｄｒａｗｉｎｇ ｆｒａｃｔｕｒｅ ＺＨＡＯ Ｚｉ－ｙｉ （Ａｎｙａｎｇ Ｉｒｏｎ＆Ｓｔｅｅｌ Ｃｏ．，Ｌｉｄ．，Ａｎｙａｎｇ ４５５００４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ ＳＷＲＨ８２Ｂ ｗｉｒｅ ｒｏｄ ｆｏｒ ｐｒｅ—ｓｔｒｅｓｓｅｄ ｓｔｅｅｌ ｓｔｒａｎｄ ｆｒａｃｔｕｒｅｄ ｗｈｉｌｅ ｄｒａｗｉｎｇ．Ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｓｍｅｌｔｉｎｇ，ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｃａｓｔｉｎｇ ａｎｄ ｒｏｌｌｉｎｇ ｗａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｑｕａｌｉｔｙ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ＳＷＲＨ８２Ｂ ｗｉｒｅ ｒｏｄ ｉｓ ｐｕｔ ｆｏｒｔｈ：ｃａｒｂｏｎ ｍａｓｓ ｆｒａｃｔｉｏｎ ｌｆｕｃｔｕａｔｉｏｎ ｉｓ ｌｅｓｓ ｔｈａｎ ０．０３％，ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｉｓ ｕｎｉ￣ｒｍ，ｉｎｃｌｕｓｉｏｎ ｉｓ ｄｅｆｏｒｍａｂｌｅ ｓｕｃｈ ａｓ ＭｎＳ，ＳｉＯ２ ｅｔｃ．，ａｎｄ ｌｉｔｔｌｅ ａｌｕｍｉｎａｔｅ， ｓｉｚｅ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｌｅｓｓ ｔｈａｎ ３０ ｍ．Ｂｉｌｌｅｔ ｆｏｒ ＳＷＲＨ８２Ｂ ｗｉｒｅ ｒｏｄ ｗａｓ ｅｘａｍｉｎｅｄ，ｇｒｏｕｎｄ ａｎｄ ｃａｒｅｆｕｌ ｆｉｎｉｓｈｉｎｇ，ｔｏ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｅｅｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ，ｌｉｑｕｉｄ ｓｔｅｅｌ ｏｖｅｒｈｅａｔｉｎｇ ｄｅｇｒｅｅ，ｓｅｇｒｇａｔｉｏｎ ｗｈｉｌｅ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｃａｓｔｉｎｇ，ｓｏｒｈｉｔｅ ｒａｔｉｏ ｉｎ ｗｉｒｅ ｒｏｄ ｒｅａｃｈｅｄ ｏｖｅｒ ８５％，ａｂｎｏｒｍａｌ ｍｉｃｒｏｓｔｍｃｔｕｒｅ ｓｕｃｈ ａｓ ｗｉｒｅ ｒｏｄ ｃｅｎｔｒａｌ ｅｅｍｅｎｔｉｔｅ ａｎｄ ｍａｒｔｅｎｓｉｔｅ ｗａｓ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ．Ｔｈｅ ｍａｉｎ ｒｅａｓｏｎ ｔｈａｔ ｃａｕｓｉｎｇ ｗｉｒｅ ｒｏｄ ｄｒａｗｉｎｇ ｆｒａｃｔｕｒｅ ａｒｅ ａｓ ｆｏｌｌｏｗｓ：ａｇｉｎｇ ｐｅｒｉｏｄ ｉｓ ｓｈｏｒｔ，ａｒｅａ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｉｓ ｌｏｗ，ｓｃａｒ，ａｃｉｅｒａｔｉｏｎ ｏｃｃｕｒｓ ｉｎ ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ，ｎｅｔｗｏｒｋ ｃｅｍｅｎｔｉｔｅ ａｎｄ ｍａｒｔｅｎｓｉｔｅ ｏｃｃｕｒ ｉｎ ｗｉｒｅ ｒｏｄ ｃｅｎｔｅｒ ａｎｄ ＳＨｌ－ｆａｃｅ ｓｃｒａｔｃｈ ｅｔｅ．Ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｗｅｒｅ ｔａｋｅｎ ａｉｍｉｎｇ ａｔ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｒｅａｓｏｎｓ．Ｗｉｒｅ ｒｏｄ ｐｅｒｃｅｎｔａｇｅ ｏｆ ｐａｓｓ ａｒｅ ｒａｉｓｅｄ ｇｒｅａｔｌｙ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ＳＷＲＨ８２Ｂ ｗｉｒｅ ｒｏｄ；ｐｒｅ—ｓｔｒｅｓｓｅｄ ｓｔｅｅｌ ｓｔｒａｎｄ；ｄｒａｗｉｎｇ ｆｒａｃｔｕｒｅ；ｓｍｅｌｔｉｎｇ；ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｃａｓｔｉｎｇ；ｉｎｃｌｕｓｉｏｎ 我国从１９９９年开始批量生产ＳＷＲＨ８２Ｂ系列 盘条（以下简称８２Ｂ），随着我国经济的快速发展，预 应力钢绞线发展较快，国产８２Ｂ盘条的质量也在不 断提高并逐步取代进口盘条。国产８２Ｂ盘条生产 已能满足钢绞线行业需求。 安阳钢铁股份有限公司（以下简称安钢）预应 １ ８２Ｂ盘条的质量要求 １．１化学成分和纯净度 化学成分均匀和高纯净度是高质量８２Ｂ盘条 的基本保障。８２Ｂ盘条要求碳质量分数波动小于 ０．０３％。无论采用转炉、电炉冶炼，８２Ｂ盘条用钢均 需经过炉外精炼，使钢中化学成分均匀，最大限度地 力钢绞线用８２Ｂ盘条的开发始于２００５年７月，采用 转炉冶炼一ＬＦ炉精炼一方坯连铸一高线轧制工艺 流程进行试验。经历了不同成分设计的工艺试验， 清除钢中的杂质和气体…。大型夹杂物及脆性夹 杂物在加工过程中易导致断丝，盘条夹杂物主要为 ＭｎＳ，ＳｉＯ：等可变形夹杂和少量铝酸盐夹杂，夹杂物 尺寸一般应小于３０ ｔｘｍ。 小批量试制，用户使用情况跟踪等过程，确定了化学 成分体系，降低了夹杂物数量并对夹杂物进行变性 处理，解决了时效期长、强度低、表面增碳结疤等一 系列难题，逐步得到用户认可，月产量超过２万ｔ。 １．２表面质量 ８２Ｂ盘条在加工过程中要承受较大压缩率的拉 拔和扭转，其表面缺陷如裂纹、耳子、折叠、结疤、擦 ・６８・ 金 属 伤等可能成为拉拔断裂的根源。盘条的表面质量在 很大程度上受坯料表面质量的影响＿２ Ｊ，因此坯料的 检查、修磨、精整是一道重要的工序。８２Ｂ连铸坯最 主要的表面缺陷是表面增碳、结疤等。连铸稳定的 钢液面控制、保护渣性能和结晶器振动等参数的选 择非常重要。 １．３ 中心偏析 碳的偏析易造成渗碳体在晶界的聚集，破坏钢质 的均匀性，表现为８２Ｂ盘条内部显微硬度不同，在拉 拔和扭转过程中引起断裂。要求对８２１３钢整个连铸 过程进行严格控制，特别是钢的成分均匀性、钢水过 热度、二次冷却等。结晶器和末端电磁搅拌是减轻碳 偏析的有效措施 Ｊ。为确保８２Ｂ盘条在随后加工过 程中具备良好的性能，中心碳偏析应控制在１．１２以 下；铸坯等轴晶比例控制在３５％～４０％。 １．４组织和性能 ８２Ｂ盘条要求不经过热处理可以直接进行高速、 连续、大压缩率（总压缩率８５％）的拉拔，因此要求盘 条索氏体化率较高，在８５％以上，同时控制盘条心部 渗碳体和马氏体等异常组织在允许范围内。 参照８２Ｂ盘条实物质量，并考虑金属制品行业 要求，１ ８６０ ＭＰａ级钢绞线对盘条性能指标要求：抗 拉强度为１］５０一ｌ ２００ ＭＰａ；断面收缩率≥３０％；尺 寸偏差≤±０．１５ ｍｍ；同卷强度偏差≤３０ ＭＰａ，同炉 强度偏差≤５０ ＭＰａ；拉拔断丝率≤０．０１次／ｔ。 ２拉拔断裂原因分析和措施 根据用户使用跟踪分析和取样检验，８２Ｂ盘条 拉拔断裂的主要原因由多种因素造成，涉及钢材的 冶炼、连铸、控制轧制和冷却等工艺过程以及包装运 输等环节。 ２．１ 时效期短、断面收缩率低 断面收缩率高时，盘条抵抗变形而不断裂的能 力强，因此不易断丝。绞线生产实践表明，８２Ｂ盘条 断面收缩率小于２８％时，拉拔断丝率明显增加。在 成分体系，索氏体组织比例一定时，断面收缩率大小 主要取决于钢中Ｎ，Ｈ含量。８２Ｂ盘条热轧状态的 断面收缩率性能指标不稳定，有的为５％一１２％，拉 伸断１：３为脆性断口，轧制后２ ｈ的盘条拉拔断口如 图１所示，自然时效５ ｄ后的拉拔断口如图２所示。 Ｎ在铁素体中的溶解度随温度降低而急剧下降，快 速冷却时，钢中Ｎ过饱和，部分与其他元素结合成 氮化物；部分以Ｆｅ Ｎ形式析出并沿晶界分布，使钢 变脆，产生“时效脆性”＿４ Ｊ。盘条放置１个月后断面 制 品 第３６卷 收缩率才能达到３０％以上。 图１轧制２ ｈ后拉拔断口 Ｆｉｇ．１ Ｄｒａｗｉｎｇ ｆｒａｃｔｕｒｅ ａｆｔｅｒ ｒｏｌｌｉｎｇ ２ ｈｏｕｒｓ 图２ 自然时效５ ｄ后的拉拔断口 Ｆｉｇ．２ Ｄｒａｗｉｎｇ ｆｒａｃｔｕｒｅ ａｆｔｅｒ ａｇｉｎｇ ５ ｄａｙｓ 改进措施：（１）改进冶炼工艺，转炉采用高拉碳 操作，出钢终点碳质量分数由０．２％提高到０．５％以 上，减少了增碳剂用量，为精炼炉提供了良好的钢 水，从而有效地降低了钢中氮质量分数；（２）做低碳 增氮剂试验，氮质量分数可再降低３０ ｘ ｌ０～，效果 良好；（３）做好转炉底吹氮氩切换，ＬＦ炉微正压操 作，保护浇铸等工艺措施。 采取改进措施后，钢中氮质量分数不大于６０ ｘ １０～，盘条热轧状态２ ｈ拉拔试验断面收缩率就达 到２０％左右，自然时效２０ ｄ后盘条性能稳定，满足 了用户使用要求。 ２．２表面结疤和增碳 ８２Ｂ盘条对表面质量要求很高，由于生产过程 不稳定和方坯连铸操作手动控制，因此表面结疤和 增碳缺陷一直没有消除，８２Ｂ盘条表面增碳如图３ 所示。 改进措施：（１）加强过程控制，减少套眼烧氧等 事故；（２）严格分流改判控制和钢坯检查精整等手 段，有效降低表面结疤和增碳缺陷；（３）安装使用了 方坯结晶器液面自动控制系统，结晶器液面稳定，表 面缺陷大幅度减少。 ２．３拉拔锥形断裂 拉拔或绞线捻制中断口呈锥形，主要是盘条中 第４期 赵自义：ＳＷＲＨ８２Ｂ盘条拉拔断裂原因分析和改进 ・６９・ 图３表面增碳 Ｆｉｇ．３ Ｓｕ ｒｆａｃｅ ａｃｉｅｒａｔｉｏｎ 心存在网状渗碳体或马氏体组织 。由于高碳钢 连铸过程中碳、锰和合金元素偏析，再加上控轧控冷 工艺限制，很容易在中心形成网状渗碳体和马氏体 等异常组织。 ２．３．１网状渗碳体 根据预应力钢绞线用户对盘条强度指标的要 求，ｉ ８６０ ＭＰａ级以上高强度预应力盘条抗拉强度必 须在１ １４０ ＭＰａ以上。现有高线生产风冷工艺对大 规格盘条来说，根据环境温度不同，冷却速度在８— １０￣Ｃ／ｓ，必须添加ｃｒ，或Ｃｒ和Ｖ才能满足强度指标 要求。国内有企业通过添加ｃｒ和Ｖ来提高强度， 安钢采用低成本加Ｃｒ工艺。 ８２Ｂ为过共析钢，根据铁碳平衡相图，在轧后冷 却过程中，当奥氏体冷却到 。 线以下时，沿奥氏体 晶界析出二次渗碳体，到达共析温度时，奥氏体通过 共析分解转变为珠光体 。８２Ｂ钢由于存在中心的 碳和合金元素正偏析，加上心部冷却缓慢，导致中心 网状渗碳体析出（图４），造成盘条拉拔时出现锥状 断口，锥状断口高倍检验可见中心裂纹。０１２．５ ｍｍ 盘条拉拔至 ５．０７ ｍｉｌｌ锥状裂纹如图５所示。 图４中心网状渗碳体 Ｆｉｇ．４ Ｃｅｎｔｒａｌ ｎｅｔｗｏｒｋ ｃｅｍｅｎｔｉｔｅ ２．３．２中心马氏体 比较各钢种的奥氏体转变曲线，钢中Ｃ，Ｃｒ，Ｍｎ 元素质量分数的增加，均会提高过冷奥氏体的稳定 图５ ０１２．５ ｍｍ盘条拉拔至Ｏ５．０７ ｍｍ 出现锥状裂纹 Ｆｉｇ．５ Ｃｏｎｅ ｃｒａｃｋ ｏｃｃｕｒｓ ａｆｔｅｒ ｄｉａｍｅｔｅｒ １２．５ ｍｍ ｄｒａｗｎ ｔｏ ｄｉａｍｅｔｅｒ ５．０７ ｍｍ 性，使钢的Ｃ曲线右移。由于工艺控制不当，可导 致８２Ｂ钢中心存在严重的Ｃ，Ｃｒ，Ｍｎ元素正偏析，导 致中心部位Ｃ曲线不再是８２Ｂ钢Ｃ曲线的位置，而 是发生了右移。在某一冷却速度下，钢的边部转变 为索氏体，８２Ｂ盘条试样１／２半径处索氏体组织如 图６所示，而中心部位的奥氏体可能变为马氏体， ８２Ｂ盘条试样中心马氏体组织如图７所示。 图６试样１／２半径处索氏体化率８７％左右 Ｆｉｇ．６ Ｓｏｒｂｉｔｅ ｉｓ ａｂｏｕｔ ８７％ａｔ １／２ ｒａｄｉｕｓ ｉｎ ｓａｍｐｌｅ 图７试样中心马氏体组织 Ｆｉｇ．７ Ｃｅｎｔｅｒ ｍａｒｔｅｎｓｉｔｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｎ ｓａｍｐｌｅ 改进措施：（１）下限控碳。碳质量分数控制在 ０．７９％～０．８２％，减轻碳偏析。（２）加强生产管理。 低过热度、恒拉速浇铸。（３）采用严格的工艺控制 和分流轧制管理制度，如发现炼钢、连铸、轧钢工艺 参数超过控制标准，应及时将本炉钢或部分改判成 ・７Ｏ・ 金 属 制 品 第３６卷 其他用坯或降级使用。（４）方坯连铸工序技术改 对于改判轧制小规格盘条，通过减少风机数量和开 造。安钢连铸机只有结晶器电磁搅拌，对中心偏析 口度调整冷速，减少马氏体组织。（６）加大盘条抽 和缩孔控制能力不足，应实施方坯末端电磁搅拌工 检频次，杜绝不合格产品入库。除正常每批次取两 艺。（５）优化不同规格的成分体系和控冷工艺。根 个试样外，增加取样频次，做拉伸试验，若发现异常， 据不同规格和季节设计了新的化学成分，见表１。 及时进行成分和高倍分析。 表１ ８２Ｂ盘条化学成分设计 Ｔａｂｌｅ １ Ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ８２Ｂ ｗｉｒｏ ｒｏｄ ２．４表面擦伤 参考文献 盘条在精整打捆、吊运和发往用户以及用户转 ［１］ 戴宝昌．重要用途线材制品生产新技术［Ｍ］．北京：冶 运过程中，由于操作不当均可能造成表面擦伤。表 金工业出版社，２００１：１１１． 面擦伤易导致盘条在拉拔过程中断裂。 ［２］方峰，蒋建清，陈少慧，等．小方坯连铸坯连轧生产 改进措施：（１）加强集卷设备操作和点检维护， １ ８６０ ＭＰａ级ＰＣ钢绞线用高碳热轧盘条的研究［Ｊ］． 防止硬擦伤；（２）加强卷型控制和打捆机操作维护， 钢铁，２００４（１）：３３—３６． ［３］ 陈伟庆，南晓东，张克强．高碳钢连铸小方坯缩孔及中 防止挤压伤；（３）电磁吊运轻拿轻放，防止挤压、擦 心偏析研究［Ｊ］．河南冶金，２００３（１）：９． 伤；（４）用户提货汽车应有运输防护和转运防护，用 ［４］程锐，王金平，胡忠玉，等．ＳＷＲＨ８２Ｂ钢中 （Ｎ）的控 户和运输单位应避免使用叉车运输和钢丝绳吊运。 制［Ｊ］．武钢技术，２００３（３）：１１． ［５］李斌．８２Ｂ盘条拉拔断裂及原因分析［Ｊ］．金属制品， ３改进效果 ２００６（３）：１２—１５． 采取改进措施后，转炉出钢终点Ｗ（Ｃ）ｔ＞０．５％ ［６］ 雍治文．ＳＷＲＨ８２Ｂ盘条拉拔横裂纹分析［Ｊ］．金属制 的炉数比例由７６．２４％提高到９３．９６％；碳质量分数 品，２００９（１）：４Ｊ４—４６． 在０．８０％～０．８２％的比例由８５％提高到９３％；连铸 ［７］王健安．金属学与热处理［Ｍ］．北京：机械工业出版 中间包温度合格率由６５％提高到９０％；盘条力学性 社．１９８０：１１６—１２０． （收稿日期：２０１０—０１—２０） 能合格率也大大提高；炼钢过程改判率由１２．３％降 作者简介 低至７．１％；８２Ｂ盘条出现网状渗碳体超标批次和 赵自义 １９６５年生，高级工程师，安阳钢铁股份有限公司第 数量大幅减少，盘条拉拔断裂得到有效控制。 一炼轧厂副厂长。 （上接第６６页）温度的提高，１０Ｂ３３冷镦盘条的抗拉 金工业出版社，２ｏｏｌ：ｌｌ一３２． 强度下降。 ［５］王玉存，吴从善．大规格冷镦钢线材的生产实践［Ｊ］． （３）用１０Ｂ３３冷镦盘条生产的紧固件能达到用 金属制品，２００９（４）：１７—１９． 户使用要求。 『６］ 万国喜，翟林甫，杨晓奇，等．ＩＯＢ２１高强度冷镦钢盘条 的生产［Ｊ］．金属制品，２００９（５）：５７—６０． 参考文献 ［７］宋维锡．金属学［Ｍ］．北京：冶金工业出版社，１９８４． ［１］惠卫军．高强度螺栓钢的发展动向［Ｊ］．机械工程材 （收稿日期：２０１０—０３—３０） 料，２０００（１０）：１９—２１． ［２］ 庞波，高秀华，邱春林，等．影响冷镦钢质量因素的研 作者简介 究［Ｊ］．金属制品，２００６（６）：３１—３４． 付国平１９６０年生，高级工程师，包头天诚线材有限公司总 ［３］ 高速轧机线材生产编写组．高速轧机线材生产［Ｍ］． 经理。 北京：冶金工业出版社，１９９５：４１４—４２１． 戈春刚１９７０年生，教授级高级工程师，包头天诚线材有限 ［４］戴宝昌．重要用途线材制品生产新技术［Ｍ］．北京：冶 公司副总工程师。