82B盘条拉伸断口形貌及力学性能的分析研究

顾兴钧，王 奎，冯文博

（陕钢集团汉中钢铁有限责任公司，陕西 汉中 724200）

1 概述

公司生产的82B盘条经拉伸后试样断口经常出现断口心部有黑色区域无缩颈（中间黑心）、边部有黑色区域无缩颈（边部黑心）、心部有黑色区域，黑色区域中心有白点（黑心加白点）、缩颈不明显等现象。为了深入了解盘条断口上述特征的成因。我们对存在上述特征的拉伸试样进行了力学性能试验、金相检测、非金属夹杂物分析、氧氮氢含量分析、断口形貌及索氏体片层间距的分析。

2 试验结果

2.1 拉伸试验

我们采用WAW-600电液伺服万能试验机对82B盘条进行拉伸试验，并对存在断口特征的试样自然时效前后的力学性能进行对比，对比数据见表1。

2.2 断口宏观分析

盘条拉伸试样断口通常分为三个区域，即纤维区、放射区、剪切唇。纤维区一般位于断口中央，呈粗糙的纤维状圆形花样，断裂最先在该区产生，纤维区伴随着较大的塑性变形。纤维区面积越大，材料塑性越好。围绕纤维区的是放射区，呈现放射花样特征，在放射区内裂纹快速扩展，呈脆性特征，材料内应力越大放射区越大，断裂的最后阶段形成的是剪切唇[1]。

通过对上述断口特征的拉伸试样断口进行观察，四类断口几乎没有缩颈，放射区面积远远大于纤维区面积，导致塑性指标很差，同时经自然时效后，黑心加白点特征断口白点消失，只留下黑心，而其余三种特征的拉伸断口黑色纤维区面积明显增多。

2.3 金相检测

对存在上述断口特征的试样进行金相分析，截取试样横截面，经镶嵌、磨制、抛光，并通过4%硝酸酒精腐蚀吹干后在光学显微镜下对其显微组织进行观察分析。

会出现中间黑心断口特征的金相组织，试样组织为珠光体+索氏体，索氏体含量为86%；同时有黑心加白点断口特征的金相组织，试样心部存在网状渗碳体，级别为4.0级，索氏体含量为86%。

3 结果分析与讨论

3.1 自然时效处理的作用

由于82B盘条在轧制时采用控轧控冷工艺，我们采用了20天自然条件下自然时效的处理工艺，“自然时效”处理的意义在于它降低了盘条自身的内应力，同时具有对钢中有害元素氧含量扩散的作用，这样才导致盘条自然时效后塑性指标大幅度提高。

3.2 金相组织

中间黑色、边部黑色及缩颈不明显特征的断口试样金相组织为正常的珠光体+索氏体组织，索氏体含量均超过85%，而黑心加白点特征的断口试样由于心部存在大量的网状渗碳体，导致盘条的塑性指标大大降低，所以虽然说自然时效有降低内应力，提高塑性指标的作用，但是当盘条中存在大量的网状渗碳体时，盘条的塑性指标随着自然时效内应力的降低变化不大。

表1 不同类型断口特征力学性能对比

3.3 拉伸断口形态的变化

通过“自然时效”处理前后宏观断口对比，可以清楚地看到“黑心”即纤维区明显扩大，放射区变小，其中一部分拉伸试样断口的纤维区面积扩大到拉伸试样断口的整个面，致使在断口上看不到“黑心”现象，拉伸断口塑性指标较好，这同样也说明自然时效处理具有扩大黑心即纤维区面积，缩小放射区面积的作用。

3.4 断口形貌

在进行断口形貌扫描分析中，在断口裂纹源处发现大量的氧化物、硫化物及复合型硅酸盐类夹杂物，其中黑心加白点断口试样，心部存在一处尺寸较大的夹杂物，大颗粒的夹杂物在试样拉伸过程中，夹杂物不易发生相应的变形，钢的变形在夹杂物和钢的界面发生应力集中使夹杂物和基体的界面产生微裂纹，裂纹扩展，最终优先从夹杂物处断裂，致使盘条塑性指标较差。

4 结论

82B盘条拉伸断口“黑心+白点”特征的产生原因时由于盘条心部存在网状渗碳体和夹杂物的聚集，导致盘条内应提高，在拉伸过程中造成试样断口纤维区过小而放射区过大的断口特征；自然时效处理的作用在于降低盘条自身内应力，扩大纤维区面积，缩小放射区面积，提高其塑性指标，但是当盘条心部出现较大夹杂物或大量的网状渗碳体是，其通过自然时效降低内应力对提高盘条塑性指标的作用不大。