摘 要:某DL05電纜鋼盤條出現晶粒不均勻的形貌特征,通過晶粒度評價試驗,形成了一套針 對DL05電纜鋼盤條不同晶粒形貌的成體系、全方位的表征和評價技術,并將其應用在 DL05電纜 鋼盤條的技術開發、生產檢驗中,有效地提升了DL05電纜鋼盤條的質量。

關鍵詞:電纜鋼;低碳鋼;晶粒度;表征及評價

中圖分類號:TB31;TG115.5 文獻標志碼:A 文章編號:1001-4012(2023)08-0014-03

DL05電纜鋼盤條的生產工藝路線是:高爐鐵 水→轉爐冶煉→LF(鋼包精煉爐)精煉→RH(真空 循環脫氣)精煉→小方坯連鑄→方坯步進式加熱 爐加熱→高線軋機軋制→吐絲集卷→表面檢查→ 性能檢驗→入庫。下游用戶將 DL05電纜鋼盤條 的直徑從6.5mm 拉拔到1.5mm 后,進行退火熱 處理,再在表面進行電鍍銅,就形成了一種雙金屬 新型材料,該材料既具有鋼的強度,又具有銅的導 電性能,比單純使用銅的成本更低,因此當前應用 十分廣泛。DL05電纜鋼盤條中碳元素的質量分 數為2×10-5,屬于超低碳鋼,其組織是純鐵素體, 分布在鐵碳平衡相圖的最左邊。這種鋼在生產時 的加熱溫度和開軋溫度都比較高,容易形成晶粒 長大的趨勢。在 DL05電纜鋼盤條的研發和生產 過程中,如果加熱溫度、加熱時間控制不精確,材 料就極易產生晶粒不均勻現象,且出現多種不同 形態的晶粒形貌。這種晶粒不均勻的現象會使 DL05電纜鋼盤條出現質量問題,如退火后材料表 面出現“竹節狀”缺陷、拉拔斷裂等,因此對 DL05 電纜鋼盤條的微觀及性能指標要求更嚴格。組織 中晶粒的大小與材料的力學性能有明顯的對應關 系,晶粒的平均直徑越小,材料的屈服強度越高。 考慮到晶粒不均勻現象及晶粒度對產品質量和性 能的影響,開展對 DL05電纜鋼盤條鐵素體晶粒的 大小、分布均勻性和形態等評價至關重要。

對DL05電纜鋼盤條在生產過程中呈現的不均 勻晶粒形態特征,筆者通過晶粒度評價試驗,形成了 一套DL05電纜鋼盤條晶粒度的評價方法,以提高 DL05電纜鋼盤條產品的質量。

1 晶粒度評價試驗

1.1 試驗材料的化學成分

DL05電纜鋼盤條的化學成分如表1所示。

1.2 金相試樣制備

由于 DL05電纜鋼盤條的碳含量較低,其熱軋 后的室溫顯微組織主要為等軸鐵素體,硬度非常 低。依據GB/T13298—2015《金屬顯微組織檢驗 方法》制樣,試樣長度一般約為20mm,用鑲嵌機 鑲嵌試樣,鑲嵌面為盤條的橫截面和縱截面,磨拋 試樣后,用體積分數為4%的硝酸乙醇溶液進行腐 蝕。將試樣置于光學顯微鏡下觀察。一般每批 DL05電纜鋼盤條取雙樣,即在同一批中不同的兩 卷鋼上進行取樣,也可以根據質量要求適當增加 試樣數量。

1.3 DL05電纜鋼盤條晶粒度國家檢驗標準

針對電纜鋼生產及退火過程中出現的晶粒度問 題,結合晶粒度檢驗方法對晶粒度進行評價。采用 GB/T6394—2017 《金屬平均晶粒度檢驗方法》, GB/T24177—2009 《雙重晶粒 度 表 征 與 測 定 方 法》、YB/T4290—2012《金相檢測面上最大晶粒尺 寸級別 (ALA 晶粒度)測定方法》、GB/T4335— 2013《低碳鋼冷軋薄板鐵素體晶粒度檢驗方法》對 電纜鋼盤條的晶粒度進行表征及評價,這4個晶粒 度檢驗標準的基本內容如表2所示。

2 DL05電纜鋼盤條不同形態晶粒度的評定

2.1 DL05電纜鋼盤條晶粒度形態表征

大多數正常生產工藝情況下,DL05電纜鋼盤 條的晶粒均勻。在不正常或不穩定的生產情況下, 電纜鋼盤條晶粒的形態特征比較復雜,呈現不同形 態。有的盤條表面形成大晶粒,中心部位形成均勻 的等軸小晶粒;有的盤條表面形成小晶粒,中心部位 形成大晶粒;有的局部部位形成大晶粒,有的部位出 現柱狀晶。有時大晶粒和小晶粒的級別相差較大, 達到3級以上,出現了混晶。

在生產過程中,DL05電纜鋼盤條呈現5種不 同類型的晶粒形貌(見圖1~5)。在用戶拉拔或熱 處理鍍銅工藝過程中,DL05電纜鋼盤條出現3種 不同的晶粒形態(見圖6~8)。

2.2 不同形態晶粒的評價

根據DL05電纜鋼盤條不同形態的晶粒,選用 不同的評價方法對其進行評價,不同晶粒形貌對應 的形態表征如表3所示。

3 DL05電纜鋼盤條晶粒度形態表征和評價 技術討論

DL05電纜鋼盤條屬于超低碳鋼,俗稱“銅包 鋼”,化學成分中除了 Mn元素外,沒有添加其他合 金元素。方坯經過熱軋工藝,其吐絲過程中沒有進 行相關控冷,因此盤條在室溫下的顯微組織是鐵素 體。如果DL05電纜鋼盤條的整個生產過程穩定, 盤條的鐵素體晶粒就均勻,晶粒度級別一般在6級 以上,無3級以上的混晶現象。如果加熱工藝不正 常,或者軋線出現故障,DL05電纜鋼盤條方坯在加熱 爐中加熱時間就會過長,軋制成盤條后的成品晶粒尺 寸也相應變大,晶粒度級別降低;如果軋制過程中的溫度控制不穩定,軋制后盤條中的晶粒尺寸就會出 現變化,有可能出現局部的晶粒不均勻,或較大范圍 的晶粒不均勻現象,形態特征比較復雜。

正常加熱和軋制工藝狀態下,DL05電纜鋼盤 條鐵素體晶粒的形態特征一般都是等軸的,而且分 布較均勻,晶粒度的評價可以按照 GB/T6394— 2017標準進行評定。由于大生產質量檢驗需要較 短的生產檢驗周期、較高的檢驗速率和檢驗效率,因 此一般優先采用圖譜比較法評價晶粒度。如果對晶 粒度的級別測量要求較高,也可以采用面積法或者 截點法。

對于非正常加熱和軋制狀態下的 DL05電纜鋼 盤條,晶粒形態特征表現為局部區域晶粒大小明顯 不同,且不均勻,可以按照 GB/T24177—2009標準 對晶粒度進行評定。DL05電纜鋼盤條的晶粒總體 較均勻,只有某一個點或區域出現一顆或幾顆(一般 不超 過 3 顆)比 較 大 的 晶 粒,可 以 按 照 YB/T 4290—2012標準進行晶粒度評價,在評定總體晶粒 特征的基礎上,把最大晶粒評定出來;另外,對于 DL05電纜鋼盤條中有一定變形形態特征的等軸 晶,可以按照 GB/T4335—2013標準進行晶粒度 評價。

4 結語

(1)DL05電纜鋼盤條的晶粒形態在實際生產 中呈現多種形貌,只用一種方法評價不全面,不能真 實科學地對其進行晶粒度評價。

(2)國內不同的晶粒度檢驗標準有自己應用的 對象及其表征和評價特點。將4種國家晶粒度檢驗 標準聯合使用,可以更準確地表征 DL05電纜鋼盤 條晶粒的形態特征,評價晶粒的大小、形態、分布、占 比等關鍵數據。

(3)根據實際試樣的晶粒形態,建立一個DL05 電纜鋼盤條晶粒形態表征和評價技術方法體系,能 夠科學、全面、客觀和準確地表征和評價 DL05電纜 鋼盤條的晶粒度,可在工藝的改善中發揮重要作用。

<文章來源>材料與測試網>期刊論文>理化檢驗－物理分冊>59卷>8期(pp:14-16)>