盘条

盘条也叫线材，英文：steel wire rod(s),通常指成盘的小直径圆钢。盘条的直径在5-19毫米范围内（通常为6-9毫米），其下限值是热轧钢材断面的最小尺寸。中文名盘条外文名steel wire rod别    称线材直    径5-19毫米学    科冶金工程领    域冶炼

简介

高强度预应力钢丝是一种经济高效钢材, 具有抗拉强度和屈服强度高、塑性好, 松弛性能低等特点, 广泛应用于水泥制品、桥梁、核电站、高层大跨度房屋、高速公路等建设。随着我国预应力行业的发展, 82B盘条作为生产高强度预应力钢丝的原料, 其生产和使用越来越引起人们的重视。青钢自2003年12月份开始生产82B 盘条, 为进一步提高82B盘条的质量, 中心试验室专门成立了“82B盘条质量研究”技术创新课题小组, 对影响82B 盘条的因素进行了综合分析和研究 ^[1] 。

组织要求

82B 盘条为预应力钢丝及钢绞线用热轧盘条,其国内牌号为82MnA, 化学成分见表1。

盘条的金相组织主要应为索氏体组织, 不应有马氏体、网状渗碳体及对性能有害的组织。

形状

盘条就是直径比较小的圆钢，商品形态是卷成盘供货，在工地上常见的有直径 6、8、10、12 毫米的，以低碳钢居多，一般不用于钢筋混凝土结构的主筋，多用于制钢筋套，还有小直径的用于砖混结构中的“砖配筋”。

种类

盘条的品种很多。碳素钢盘条中的低碳钢盘条俗称软线，中、高碳钢盘条俗称硬线。盘条主要供作拉丝的坯料，也可直接用作建筑材料和加工成机械零件。不锈钢盘条用于制造不锈钢丝、不锈钢弹簧钢丝、不锈顶锻钢丝和不锈钢丝绳用钢丝。随着生产技术的进步，已出现方形、六角形、扇形和其他异形断面的盘条；直径的上限已扩大到38毫米；盘重从原来的40-60公斤已增加到3000公斤。由于轧后热处理新工艺的开发，盘条表面的氧化铁皮明显减薄，组织性能也得到很大的改善。

使用

盘条在使用前需要用钢筋调直机调直下料，同时也在机器中去除氧化锈皮，也在反复的弯曲拉伸中，强度有一定的提高。没有调直机的小型工地，使用卷扬机拉直盘条，如果是直接拉是不可取的，容易产生太大的塑性变形，应该一端用滑轮重锤，以控制拉力。

因素分析

1　连铸坯成分偏析的影响（1）中心偏析的影响在钢坯试样的横截面上, 用Ø5. 5mm 的钻头,分别在边部、中部各取4个, 心部取1个试样, 用红外碳硫仪分析碳、硫含量, 用化学法分析硅、锰、磷含量。结果表明, 心部碳的质量分数最大为1. 06%,中心各碳偏析系数为1. 33, 远远超出标准要求(钢帘线用小方坯中心碳偏析系数≤1. 05), 其它元素偏析程度较小。该连铸坯轧制的盘条在用户拉拔时易发生脆断, 且断口呈杯锥状。纵剖该断口试样发现, 中心部位存在“V”形裂纹, 金相组织检验发现,中心处存在着网状或半网状渗碳体。渗碳体本身不易变形, 在晶界处呈网状或半网状分布, 对盘条质量的危害很大。盘条在拉拔时易沿晶界产生裂纹, 在进一步拉拔时脆断。其原因是连铸坯本身存在着中心碳偏析, 尽管轧制时线材组织处于奥氏体化状态, 且轧制温度较高, 但由于保温时间有限, 心部碳偏析难以消除, 从而破坏了线材基体组织的均匀性能, 导致线材在拉拔过程中形成杯锥状断口而断裂。中心偏析是连铸小方坯代表性的缺陷, 解决的办法是采用大尺寸矩形方坯轧制, 因为大尺寸铸坯在轧制时能增加轧制比, 消除上述缺陷, 所以一般不宜用小于120mm ×120mm的连铸方坯, 特别是轧制碳的质量分数大于0. 75%线材。另外, 严格控制钢水的过热度, 采用电磁搅拌及连铸时轻压下技术, 同时强化连铸二冷段冷却强度等来降低中心偏析。（2）　表面增碳的影响从用户处拿回的断丝试样, 有一部分呈笔尖状断口, 且在试样的一侧有一连串鱼鳞状裂纹。根据以往的经验, 应为表面局部组织不均匀所致。对断丝试样进行金相检验发现, 在鱼鳞状裂纹附近, 组织中出现了块状和网状渗碳体。这是由于连铸过程中, 操作不当, 保护渣中的石墨碳随钢液进入结晶器, 造成连铸坯表面局部增碳所致。2　非金属夹杂物的影响通过对82B 盘条的非金属夹杂物检验发现,82B 盘条的非金属夹杂物一般为C, D 类夹杂, 且C类夹杂较多, 最高达C4. 5e, D类夹杂一般为1 ～ 1. 5级。观察到的夹杂物最大宽度为30 μm, 远远超过标准要求(标准要求C 类≤1, D 类≤0. 5)。非金属夹杂物存在于盘条中, 对盘条后续加工主要有如下几方面的危害:(1)拉拔和捻制变形时, 破坏了钢丝基体的连续性, 造成应力集中, 一旦受到拉应力或切应力的作用, 沿夹杂物方向就产生破裂, 造成钢丝拉拔捻制时易断裂, 且断口不规则;(2)非金属夹杂物降低钢丝力学性能, 尤其是降低其横向力学性能, 使钢丝塑性降低, 在高变形情况下易断裂, 弯曲、扭转值降低, 非金属夹杂物成为钢丝疲劳断裂源, 造成钢丝耐疲劳极限降低;(3)在钢丝热处理时, 由于非金属夹杂物的膨胀系数与钢丝基体有差异, 在钢丝内割裂钢丝基体连续性, 起局部缺口作用, 造成钢丝热处理过程中形成微裂纹, 在继续拉拔、捻制时微裂纹扩展使钢丝断裂。3　气体含量的影响通过对82B 盘条做氧、氮分析, 发现盘条中氧的质量分数为(55 ～ 85) ×10- 6 , 平均为68. 42 ×10-6 , 氮的质量分数为(50 ～ 60) ×10- 6 , 平均为54. 09 ×10- 6 , 远远高于标准要求(wO ≤25 ×10- 6 ,wN ≤30 ×10-6 )。钢中含氮过高会造成钢质恶化,氮能增加钢的实效硬化性, 使钢的强度和硬度提高,塑性、抗冲击性和韧性显著下降。钢中的氧也会对钢的力学性能产生不良影响, 影响程度与氧的浓度以及含氧的夹杂物类型、分布、多少有关。钢中的氢危害极大, 随着钢中含氢量的增加, 塑性和韧性显著下降, 尤其对于82B 这样的高碳钢, 在加工冷却过程中, 这种现象更为严重。4　轧制工艺的影响由于高线盘条的轧制是在规定的孔型系统中完成的, 变形条件基本固定, 各道次的变形参数已确定, 在实际生产时主要是通过对轧制温度的控制即控温轧制来实现的。控温轧制的主要目的是细化晶粒:通过低温开轧, 可以控制原始奥氏体晶粒的尺寸;通过降低终轧温度, 可以阻止形成奥氏体晶粒长大;通过对精轧后线材的急剧水冷, 达到所设定的吐丝温度, 不仅可以将形变奥氏体迅速转变成过冷奥氏体, 为组织转变作好充分准备, 同时也控制了过冷奥氏体晶粒尺寸。但应该注意的是, 由于轧机设备负荷的限制, 开轧温度不能太低, 否则设备易发生事故。另外, 如果开轧温度控制过低容易造成坯料加热不均, 奥氏体化不均, 碳化物不能充分溶解, 铸坯中的疏松等缺陷不能完全消除, 造成盘条通条性能差及最终组织异常。通过对82B 盘条做奥氏体晶粒度检验发现, 青钢生产的82B 盘条晶粒度为6 ～ 7级, 与武钢、宝钢、沙钢的相比(8 级), 晶粒度较粗。在开轧温度控制在990 ～ 1 010 ℃, 奥氏体晶粒度为7级;开轧温度控制在1 000 ～ 1 050 ℃, 奥氏体晶粒度为6级, 这说明开轧温度对奥氏体晶粒度的影响较大, 在正常生产的前提下, 应尽可能低地控制开轧温度。5　轧后控冷工艺的影响控制冷却的主要目的是控制过冷度及冷却速度, 得到强韧化所需要的索氏体组织。根据金属热处理原理, 加快冷却速度, 可以使连续冷却曲线向右下方移动, 冷却速度越快,。对于斯太尔摩标准冷却模式——强制风冷来说, 其冷却速度不可能达到形成马氏体的临界转变温度。风冷速度越快, 奥氏体转变成索氏体越容易, 因此, 在实际冷却时采用大风量, 以求快速冷却, 一则可以控制铁素体的析出量, 二则可增大过冷度。对强度有特别要求的82B 盘条, 设定较高的吐丝温度, 加大冷却速度, 可以达到提高强度的效果。随吐丝温度的提高, 盘条的抗拉强度有明显的升高, 这似乎与吐丝温度越高晶粒越粗大、吐丝温度越低晶粒越细小的理论相矛盾。其实, 此类钢经过微合金化, 加之在轧制时进行了控温轧制, 经过回复与再结晶, 形变奥氏体晶粒已经相当细, 即使提高了吐丝温度, 对晶粒的粗化程度相对很小, 因而对强度的影响可忽略。应当注意, 吐丝温度不能过高,否则由于空冷设备限制, 使高碳钢线材组织转变不能在控冷线上完全结束, 不仅不能得到预期的组织,同时盘条表面也容易形成较厚的不利于拉拔的氧化铁皮, 使盘条的综合性能降低。要合理控制吐丝温度及轧后冷却速度, 以获得细索氏体组织, 使成品具有较高的强度及良好的塑性。对82B盘条的组织检验发现, 组织为S +P, 无F组织, 符合标准要求, 但索氏体化率一般在85%左右, 与标准要求的≥95%还有一定的差距, 其心部索氏体化率与沙钢、宝钢的相比较低, 只有65%左右(沙钢75%, 宝钢85%), 其珠光体团较大, 晶粒较粗大, 因此, 82B 盘条的轧制后控冷工艺还需进一步优化 ^[2] 。

总结

通过以上分析，可以得出如下结论:(1)连铸坯中心偏析严重, 使盘条在拉拔时易断裂, 产生杯锥状断口;(2)连铸坯表面局部增碳,使盘条在拉拔时断裂, 产生笔尖状断口;(3)盘条中的非金属夹杂物, 使盘条在拉拔和捻制变形时, 因应力作用而造成钢丝断裂;(4)钢中O、N 含量过高, 会使钢的强度和硬度升高, 塑韧性下降;(5)较低的开轧温度有助于细化盘条的奥氏体晶粒度;(6)合理的吐丝温度和冷却速度, 能保证盘条获得理想的细索氏体组织。建议:(1)中心偏析是连铸小方坯代表性的缺陷, 解决的方法是增大连铸坯尺寸, 大于180mm ×180mm 为宜, 以提高轧制比;(2)严格控制钢水的过冷度, 采用连铸坯凝固末端轻压下技术及电磁搅拌技术, 减小柱状晶及中心偏析, 以提高连铸坯内部质量;(3)优化原料, 采用炉外精炼措施, 减少钢水中的气体及杂质含量;(4)强化控轧控冷技术, 采用合适的开轧温度、吐丝温度及轧后冷却速度, 以获得理想的细索氏体组织 ^[3] 。参考资料

• 1.蒋跃东, 桂美文. 帘线钢盘条的研制[J]. 炼钢, 2004, 20(1):39-43.
• 2.李桂英, 姜世全. 82B盘条质量研究[J]. 金属制品, 2005, 31(3):42-44.
• 3.帅习元, 周勇, 吴冬海. 高碳钢盘条中心偏析的控制[J]. 钢铁, 2006, 41(8):68-72.