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Q195盘条多颈缩现象原因分析及消除

2013-8-28 09:13| 发布者: fansiyuan| 查看: 6784| 评论: 0

摘要: 郭愚(江苏永钢集团有限公司) 摘 要:针对Q195线材在拉伸过程中出现的多颈缩导致断后伸长率偏低的现象进行了分析,结果表明混晶和夹杂物是引起Q195线材断后伸长率偏低的主要原因,并根据分析结果提出了相应的改进措 ...
郭愚
(江苏永钢集团有限公司)

摘  要:针对Q195线材在拉伸过程中出现的多颈缩导致断后伸长率偏低的现象进行了分析,结果表明混晶和夹杂物是引起Q195线材断后伸长率偏低的主要原因,并根据分析结果提出了相应的改进措施。
关键词:Q195线材 显微组织  混晶 
1.前言
 Q195线材由于其强度低、延伸性好的特点,广泛应用于金属制品行业,生产丝网、镀镍拉杆、镀锌钢丝、标准件及五金工具等产品。本文介绍了Q195线材在拉伸试验中出现多个颈缩的现象,同时伸长率偏低的问题。笔者分析了导致该现象出现的原因,并提出了一些改进措施,该现象得以消除。
2.存在问题
一段时间内,江苏永钢在生产Φ10mm及以上规格 Q195热轧盘条过程中,曾零星在力学性能测试时出现拉伸试样上出现多个颈缩,导致断后伸长率低于GB/T701-2008标准的现象,被判定为不合格,而且存在多颈缩的盘条因通长上变形不均匀,容易造成拉拔过程中的断丝,影响使用性能。
统计发现,出现多颈缩导致延伸偏低的盘条主要集中在Φ10-16mm 等较大规格上,Φ6.5mm和Φ8mm 的Q195盘条上未曾出现。同时出现的时机主要集中在更换规格等经过较长时间保温后重新开轧的批次上。
在一次在Φ8mm换轧Φ10mm Q195过程中,拉伸过程中再次连续出现的多颈缩现象,断后伸长率在24-31%之间,未满足GB/T701-2008标准中的断后伸长率不低于30%的要求。总共检测到7个试样,其具体力学性能检测如下:

3、原因分析
3.1、试样检测分析结果
3.1.1、断口形貌分析
出现多颈缩现象的试样拉伸断口形貌具有纤维状和剪切唇等特征,均是韧窝断口,从宏观形貌看断口圆滑,均具有塑性变形的特征,属于延性断口,如图1、2所示。

除4#样品外,其它6支试样的伸长率均低于GB/T701-2008规定要求,且试样上存在多处缩颈。由于多颈缩现象的存在,试样在标距外也已经变形,致使材料在标距范围内测定的伸长率较低。
3.1.2化学成分

3.1.3夹杂物分析

钢中夹杂物主要是硫化物和硅酸盐及少量氧化物,如图3、4所示,根据GB/T10561-2005对样品的夹杂物进行评级,如表3所示。

3.1.4显微组织
观察断后的试样,在试样上存在多个颈缩的现象,如图5箭头所指部位所示,取试样的颈缩部位及无颈缩部位解剖、磨制后用4%硝酸酒精侵蚀。
在颈缩中心区域,以细小的块状铁素体及少量珠光体组织为主。整个变形区,晶粒变形均匀,晶粒度9级,如图6所示。

在试样颈缩点中心两侧的部位存在严重的混晶现象,细晶区的晶粒度为9级,粗晶区的晶粒度达到5.5级,如图7所示。这种混晶现象在距离颈缩中心2cm处表现的尤为明显,如图9所示。同时我们在延伸偏低的样品中观察到铁素体晶界处存在少量无规律的三次渗碳体组织,如图8所示。

3.1.5 断口扫描电镜分析
图10显示的是拉伸断口的宏观形貌,断口存在明显的颈缩现象,断口呈现出大量韧窝形貌及少量平面状开裂面。从韧窝的形貌来看,大小韧窝交替出现,大韧窝周围布满小韧窝,见图11。 在韧窝底部经常可以看到夹杂物的存在。平面状开裂面上分着明显的韧窝,从形状和大小判断可能是由相界或晶界开裂后形成。扫描电镜显示的断口区域断裂特征与金相照片显示的组织特征相似。

  Q195线材中夹杂物的存在破坏了组织的连续性,起到一个显微裂纹的作用。当受到外力作用时,在夹杂物顶端产生附加的应力集中,夹杂处迅速发展成裂纹源,并失稳扩展,从而使盘条塑性下降。

3.2生产工艺分析
     查阅运转工时记录可知,本次多颈缩和断后延伸不合格发生在Φ8mm换轧Φ10mm Q195过程中,而先前轧制Φ8mm Q195过程中未发生断后伸长率低于标准的现象。期间停车保温4小时,保温温度为1000℃、开轧温度为1050℃、吐丝温度为980℃,斯泰尔摩冷却线上保温罩全关。
盘条在轧制时如果钢坯加热温度过高、保温时间过长将造成铸坯原始晶粒长大;尤其是停轧保温阶段,因换规格的时间难以准确掌握,为减少升温时间,分厂在保温阶段温度未降至规定温度,造成铸坯在加热炉内保温时间长。因Q195属于非合金钢,合金含量较低,晶粒长大明显,在轧制过程中便容易形成混晶缺陷。同时因终轧温度过高,再结晶后的细晶粒也容易继续长大,尤其是大规格盘条,冷却速度慢,集卷后盘条温度依然很高,导致盘条的组织中三次渗碳体的析出,降低延伸性能。    
4、采取措施及改进效果
综合上述分析,认为Q195热轧盘条断后多颈缩、伸长率不合格主要是钢中的混晶现象所引起的,夹杂物、三次渗碳体组织对伸长率偏低亦有不良影响。针对上述原因,主要采取以下措施:
 (1)严格钢坯加热制度,将出钢温度严格控制在1050℃以下,更换规格的等待期要进行降温,防止晶粒长大。停车时间在10~40分钟内的炉温应适度降温,一般不超过20℃;停车时间在40~120分钟内的炉温应下降20~50℃;停车时间在120~480℃炉温应下降50~120℃;停车时间超过480分钟的,炉温应降至850~950℃。
(2)采用控轧控冷工艺,优化温度参数:开轧温度980~1050℃、进精轧温度930~980℃、吐丝温度控制在930~960℃,开启靠后辊道的保温罩。
(3)加强了冶炼过程中钢水纯净度的控制,S、P等有害元素的控制和脱氧的控制,使用了铝脱氧并进行钙处理。
     对工艺进行优化后,并加强了工艺纪律的检查后,生产至今该缺陷未再出现。同时加强钢水纯净度的控制和控制控冷,盘条的拉拔性能也得到了提高。
参考文献:
1 崔约贤 王长利. 金属断口分析. 哈尔滨工业大学出版社,1998
2 束德林. 金属力学性能. 北京:机械工业出版社,1994

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