帥虹全

(新疆八一鋼鐵股份有限公司軋鋼廠)

前言

82B盤條屬高碳硬線鋼，主要應(yīng)用于高層建筑、鐵路、橋梁、大跨度“斜拉桿”及制作預(yù)應(yīng)力混凝土輸水管道構(gòu)建等用途。其鋼質(zhì)要求純凈度高、非金屬夾雜含量低，成品抗拉強(qiáng)度要求高并具備延伸率較高、組織均勻性好、松弛值低、預(yù)應(yīng)力損失小和耐疲勞性能優(yōu)良等特點(diǎn)。82B盤條作為高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力鋼絲和鋼絞線的典型用鋼，其生產(chǎn)過程要求極其嚴(yán)格。八鋼公司于2010年開始生產(chǎn)82B盤條, 經(jīng)過工藝和設(shè)備的改進(jìn)，質(zhì)量提升，產(chǎn)品得到用戶認(rèn)可, 目前月生產(chǎn)量過萬噸。

82B盤條用戶反饋，在下游拉拔生產(chǎn)過程中, 偶爾會(huì)出現(xiàn)脆性筆尖狀斷裂、局部性能偏低等質(zhì)量問題。為此，生產(chǎn)廠對(duì)82B盤條的生產(chǎn)過程跟蹤取樣檢驗(yàn)分析, 認(rèn)為盤條脆性筆尖狀斷裂、局部性能偏低的原因是由于生產(chǎn)過程中軋件在風(fēng)冷線上同圈鋼卷的冷卻不均勻，同圈性能強(qiáng)度散差大，金相組織偏差大造成的。

1 缺陷描述及原因分析

試樣金相組織:在下游用戶拉拔現(xiàn)場觀察，拉拔時(shí)偶爾有拉拔斷現(xiàn)象，斷口呈筆尖狀(見圖1、圖2)。在斷口處取試樣1處進(jìn)行金相檢測(cè)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)試樣1心部有網(wǎng)狀滲碳體組織，而且索氏體含量約70%(見圖3)；另外從盤條距斷口一米處取正常未斷試樣2做組織檢測(cè)，結(jié)果未發(fā)現(xiàn)網(wǎng)狀滲碳體組織，索氏體含量為85%(見圖4)。

圖1 筆尖狀脆斷 圖2 筆尖狀斷面

圖3 試樣1斷口處金相 圖4 試樣2斷口處金相

試樣的力學(xué)性能:反查試樣1所對(duì)應(yīng)批號(hào)鋼的力學(xué)性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)其同圈性能抗拉強(qiáng)度散差較大，超過50MPa。

1.1 金相組織的影響

82B屬過共析鋼 (碳遠(yuǎn)高于共析點(diǎn)) ，當(dāng)軋后冷卻速度較慢，盤條中心的先共析相—滲碳體就會(huì)沿奧氏體晶界析出而成封閉網(wǎng)狀。滲碳體硬度很高，塑性很差，伸長率和沖擊韌度幾乎為零，是一個(gè)硬而脆的組織，會(huì)使晶界脆化[1]。拉拔時(shí)極易在此處形成微裂紋，導(dǎo)致應(yīng)力集中,阻礙其他部位變形,沿晶界擴(kuò)展,最后發(fā)生脆性筆尖狀斷裂[2]。從試樣1的斷口形貌和金相組織結(jié)果可判斷試樣1斷裂是由于軋件在軋后風(fēng)冷過程中芯部冷卻過慢形成網(wǎng)狀滲碳體組織造成的；而試樣2未發(fā)生斷裂且未發(fā)現(xiàn)網(wǎng)狀滲碳體組織說明試樣2的冷卻速度良好，而整個(gè)軋件在軋后風(fēng)冷過程中冷卻不均勻。同圈力學(xué)性能中抗拉強(qiáng)度散差大的現(xiàn)象進(jìn)一步說明軋件在軋后風(fēng)冷過程中存在冷卻不均勻現(xiàn)象。

1.2 風(fēng)冷線風(fēng)機(jī)對(duì)軋后冷卻均勻性的影響

八鋼1高線采用帶有佳靈裝置的斯太爾摩形成風(fēng)冷，82B成品的金相組織和性能情況最終有在風(fēng)冷線上的冷卻速度決定。成圈線材平鋪在風(fēng)冷線輥道時(shí)，輥道兩側(cè)的線卷相互搭接較為密集，輥道中間的線卷間距較大(見圖5)。風(fēng)機(jī)冷卻時(shí)搭接點(diǎn)處的線卷冷卻較慢，非搭接點(diǎn)的線卷冷卻較快造成同圈線卷的冷卻不均勻，同圈性能抗拉強(qiáng)度散差較大，冷速慢的區(qū)域出現(xiàn)網(wǎng)狀滲碳體組織。

圖5 風(fēng)冷線運(yùn)輸輥道上的線卷

2 改進(jìn)措施

2.1 調(diào)節(jié)風(fēng)冷線佳靈裝置

風(fēng)冷線上鋼卷的冷卻均勻性主要靠調(diào)節(jié)佳靈裝置和加設(shè)白輥實(shí)現(xiàn)。佳靈裝置是一種呈“V”字形折板，通過調(diào)節(jié)兩片折板間角度可調(diào)整邊部和中部出風(fēng)口大小達(dá)到調(diào)節(jié)邊部和中部風(fēng)量的目的。如圖6所示，風(fēng)從佳靈裝置底部向上吹，調(diào)整佳靈裝置夾角角度控制折板與風(fēng)冷線邊墻距離改變邊部出風(fēng)口大小，控制邊部風(fēng)量大小。

圖6 風(fēng)冷線佳靈裝置

2.2 在風(fēng)冷線輥道間加置白輥

在風(fēng)冷線輥道間加置白輥，使風(fēng)量一部分從白輥啞鈴狀出口向上冷卻線卷邊部；一部分風(fēng)量受白輥?zhàn)璧K變向向佳靈裝置底部流動(dòng)，又折返向上流動(dòng)，冷卻線卷中部(見圖7)。安置白輥的數(shù)量和優(yōu)化位置分布是另一種調(diào)節(jié)風(fēng)冷均勻性的手段。

圖7 啞鈴狀白輥

3 措施實(shí)施后的效果

具體措施的實(shí)施：(1)根據(jù)風(fēng)冷線線卷冷卻溫度色差的變化，將1～18#風(fēng)機(jī)佳靈折板夾角進(jìn)行調(diào)整，將折板距風(fēng)冷線邊部的寬度調(diào)整至最佳(最終寬度值如表1)。

(2) 風(fēng)冷線每段輥道間隙處按“裝2空1”原則加裝白輥，即安裝兩個(gè)白輥空一個(gè)位置。

(3)在風(fēng)冷線第二個(gè)跌落段附近加裝了防跑偏立輥，生產(chǎn)時(shí)將線卷布在風(fēng)冷線輥道中間，線卷沿風(fēng)冷線中心線運(yùn)輸。

改進(jìn)后，檢測(cè)風(fēng)冷線邊部風(fēng)速和中部風(fēng)速如表2所示，線卷中部較兩側(cè)容易冷卻，因此將中部風(fēng)速調(diào)至兩側(cè)風(fēng)速約60%。

表2 風(fēng)冷線各段邊、中部風(fēng)速值 m/s

觀察線卷在風(fēng)冷線冷卻溫度色差：線卷中部和邊部溫降速率從色差看接近一致，同時(shí)返紅，相變開始和結(jié)束時(shí)間基本一致。

改進(jìn)后金相檢測(cè)結(jié)果見表3，檢測(cè)盤條芯部多為不封閉的半網(wǎng)，全封閉的網(wǎng)狀滲碳體甚少，金相組織得到大幅度改善。

表3 金相檢測(cè)結(jié)果

工藝調(diào)整后同圈抗拉強(qiáng)度散差有明顯的改善，同圈抗拉強(qiáng)度散差可達(dá)到20MPa以內(nèi)，見圖8。

圖8 冷卻均勻性技術(shù)攻關(guān)后抗拉強(qiáng)度直方圖

4 結(jié)束語

分析認(rèn)為，82B線卷在風(fēng)冷線冷卻時(shí)，輥道中間與兩側(cè)的線卷冷卻速度不一致，在風(fēng)量調(diào)節(jié)不當(dāng)時(shí)會(huì)造成線卷冷卻不均勻。冷卻緩慢區(qū)域易產(chǎn)生網(wǎng)狀滲碳體組織，造成在下游拉拔時(shí)脆性筆尖狀斷裂。

改進(jìn)后的生產(chǎn)實(shí)踐表明:(1)根據(jù)風(fēng)冷線線卷冷卻溫度色差的變化，調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)佳靈折板夾角，合理分配輥道中部與兩側(cè)的風(fēng)量可有效提高線卷的冷卻均勻性；(2)合理安置白輥的數(shù)量和優(yōu)化位置分布能進(jìn)一步提高線卷在風(fēng)冷線上的冷卻均勻性。