H12Cr24Ni13焊接钢拉丝断裂分析

时间：2024-09-03

王哨兵赵虎

(1.瑞浦科技集团特殊钢研究院，浙江323900；2.马钢股份有限公司第四钢轧总厂，安徽243003)

材料的断裂是一个复杂的过程，受到材料本身的性质、环境因素、工作应力状态、材料结构及缺陷等很多因素的影响，断裂原因较复杂，断裂问题影响了不锈钢丝拉拔生产的正常进行，严重影响产品质量。导致钢丝生产过程中出现断裂的原因大致可分为线材本身质量因素和拉拔过程因素两类：

(1)线材本身质量原因。冶炼和轧制造成的表面缺陷，如裂纹、折叠等；线材内部的质量缺陷，如局部成分偏析、钢中非金属夹杂物等。

(2)拉拔工艺过程因素。如酸洗不彻底，拉丝模破碎，润滑条件恶化等。

本文对H12Cr24Ni13不锈钢丝深加工过程中的断裂问题进行分析，对于实际生产具有一定的意义[1-4]。

1 试验材料和方法

试验材料为H12Cr24Ni13断裂样品。

试验方法：

(1)选取H12Cr24Ni13开裂宏观样品在SPECTROLAB M10型光电直读光谱仪上检测其化学成分。

(2)制作标准开裂样品，在金相显微镜下观察宏观和微观组织。

2 检验与分析

2.1 缺陷宏观检验

根据客户提供的两组H12Cr24Ni13焊接钢试样，一组为∅5.5 mm左右的我公司提供的原材料，一组为∅2.78 mm左右拉拔处理后的线材，通过体式显微镜，原材料表面无较大缺陷，只存在部分小折叠缺陷；拉拔后的线材表面光滑，无明显的缺陷，但是拉拔后的材料断面呈弧形，断口与边部出现45°左右的夹角，断面较为光滑，断口特征疑似为原材料折叠缺陷遗留造成的，具体如图1所示。

通过对本批次H12Cr24Ni13焊接钢∅5.5 mm规格盘元的表面质量检验的数据统计情况，判定盘条由于小部轻微折叠缺陷的产品占0.25%，这与客户反馈拉断缺陷所占的比例0.31%相近。

2.2 化学成分检验

用GB/T 11170—2008《不锈钢多元素含量的测定火花放电原子发射光谱法》的测试方法对试样进行化学成分检验，试样化学成分见表1。

通过对H12Cr24Ni13试样的化学成分进行检测，其成分都控制在标准所要求的范围内，不超出标准的要求范围，组织内化学成分均匀，不存在成分偏析等问题。

2.3 缺陷金相检验

图2为拉拔后的断面未腐蚀时的宏观金相，可以看出拉拔加工后的材料表面区域无夹杂物聚集和细裂纹，对比夹杂物的评级标准，C类夹杂物的等级在0.5级，其余夹杂物等级为0级，夹杂物含量较低，排除夹杂物聚集造成的断裂。

图1 样品表面缺陷宏观形貌Figure 1 Macro appearance of specimen surface defect

表1 H12Cr24Ni13试样化学成分(质量分数，%)Table 1 Chemical compositions of H12Cr24Ni13 specimen(mass fraction，%)

图3为原材料横向中心组织形貌，原材料横截面腐蚀后，基体组织为奥氏体+少量铁素体，利用铁素体测量仪，对原材料的边部和芯部的铁素体含量进行测定，得到中心区域铁素体含量为4.4%左右，边部区域铁素体含量为2.5%左右，芯部铁素体含量明显较边部高，并且在铁素体与奥氏体的晶界处存在少量析出物。

图4为腐蚀处理后的金相，拉拔后材料横向组织为奥氏体+少量铁素体，铁素体在横截面边局部区域和中心区域分布，并无较大差别，铁素体分布均匀，晶界处并无析出物存在。

3 分析讨论

通过对H12Cr24Ni13焊接钢拉丝试样的断口形貌、化学成分和金相照片进行分析，进而确定造成拉丝断裂的原因。通过宏观形貌分析，我们可以看出拉拔后的线材表面光滑，无明显缺陷，但是拉拔后的材料断面呈弧形，断口与边部呈现出45°左右的夹角，断面较为光滑，断口特征疑似为原材料折叠缺陷遗留造成的；对断裂样的化学成分分析，其化学成分都控制在标准所要求的范围内；对拉丝样的金相分析和断裂处的宏观检验，并无夹杂物聚集现象，C类夹杂物在0.5级左右，其他夹杂物的等级为0级，断裂样的基体组织为奥氏体+部分铁素体，并且基体组织分布较均匀，而原材料基体组织分布有着细微的差别，铁素体含量呈现芯部高、边部低的现象。

通过对本批次H12Cr24Ni13焊接钢∅5.5 mm规格盘元的表面质量数据汇总情况，判定由于小部轻微折叠缺陷的产品占0.25%，这与客户投诉反馈拉断缺陷所占的比例0.31%相近。

综上所述，确定造成H12Cr24Ni13焊接钢拉丝断裂的主要原因是原材料上所附带的小折叠，在拉丝过程中，由于应力集中造成了折叠延伸，进而拉丝断裂。