82B热轧盘条拉伸脆性黑斑异常断口分析

戴宝爽

摘 要 在82B高碳钢盘条的生产检测中，对刚刚下线没有经历自然时效的盘条进行拉伸试验时经常产生脆性黑斑异常断口，断口平直，几乎没有塑性变形，收缩率偏低。经过大量实验，发现自然时效或人工时效处理后，断面收缩率有较大提高，而强度变化不大，从而满足客户的使用需求。

关键词 黑斑；氢偏聚；自然时效；人工时效

前言

82B高碳钢盘条是采用美国摩根连铸连轧高速线材生产线生产的，用于拉拔生产钢丝和钢绞线。在82B高碳钢盘条的生产检测中，对刚刚下线没有经历自然时效的盘条进行拉伸试验时经常产生脆性黑斑异常断口，断口平直，几乎没有塑性变形，收缩率偏低。经过大量试验，发现当82B高碳钢盘条放置一段时间自然时效，或经过低温人工时效处理后，断面收缩率有较大提高，而强度变化不大，可用来拉丝生产，大大提高了拉拔质量。根据国内外文献资料报道，盘条在拉拔过程中断丝与其内应力、氢气、表面缺陷及内部缺陷、化学成分偏析和内部组织不正常有关系。本课题针对82B黑斑的变化情况进行研究，提出更加适合客户的使用方法，提高客户的满意度。

1 黑斑异常断口宏观形貌

拉伸试验断裂后横向断口形貌，可见断裂面平齐直，几乎没有塑性变形，断口中间有一个圆形灰暗区，简称黑斑。将已经拉断的试样再次拉断，产生新的断口，新的断口仍有黑斑，不过黑斑已经不在原来位置，这说明黑斑在试样的一定长度内是连续贯通的，可能随着金属的变形而被拉长。

2 金相高倍检查结果

断裂显微组织为轧钢的典型组织，索氏体+少量珠光体。

3 黑斑的扫描电镜形貌

黑斑中有一个白色斑点，周围呈现放射状，是裂纹扩展区。经过X-射线能谱仪分析，裂纹源为一DS类夹杂物。黑斑区为解理+韧窝混合形貌（见上图）。

从检验结果可以看出，盘条中夹杂物级别不高，对盘条塑性影响不大。

4 82B力学性能对比

在同一卷钢卷上截取9支样品，放置不同时间自然时效，经过30天后进行力学性能对比，发现抗拉强度Rm基本不变，断面收缩率Z%明显提高。

高碳钢盘条在放置自然时效过程中力学性能会发生一定的变化，这是由于时效在室温下进行，材料可能发生以下变化：一是轧制过程中产生内应力释放（高碳钢盘条通过轧后快冷来获得索氏体组织，有些盘条因直径较大而产生了较大的内应力，时效使内应力得到释放）；二是材料中氢的重新分布与扩散（高碳钢在高温轧制过程中，氢均匀分布于盘条內部，轧后快速冷却到室温，氢在钢中过饱和而没有时间进行扩散。如果存在缺陷的话，则偏聚于缺陷处，造成较大的内应力，导致材料发生一定程度的脆化）。正是氢含量的变化，使内应力得到释放，因而盘条的断面收缩率均有明显上升。

5 结束语

通过以上试验表明黑斑脆性断口主要原因是氢的存在。试验表明，盘条自然时效一天后，由于内应力的释放，溶解在原来存在应力区域的氢被释放出来，大部分氢逐渐向体外扩散，表现为时效一天后，氢含量降低速度较快。另一部分则偏聚于缺陷处，造成较大的内应力，导致材料发生一定的脆化，表现为时效进行到第三天时，抗拉强度和断面收缩率均有一定程度的降低。随着时间的延长，材料内部氢的陷阱逐渐增加，偏聚的部分氢扩散至新的陷阱处，应力集中降低，表现为盘条的力学性能逐渐上升。当扩散达到平衡后，力学性能也就稳定下来。可以认为，材料的缺陷周围聚集较多的氢，则需要经过较长时间才能充分扩散。盘条直径越大扩散出体外的时间越长，即时效时间越长。因此为了保证产品性能的前提下加快产品的周转速度，减少库存占用资金特制定预防措施①试样经300℃保温2h时效处理，再进行拉伸试验，圆形黑斑消失，解理断口变为韧性韧窝断口，强度没有多大变化，面缩值明显提高。②82B高碳钢盘条生产后自然时效，使轧制过程中产生的内应力得以释放，使材料中的氢得以重新分布与扩散，从而可以防止产生黑斑断裂。