分享：DL05电缆钢盘条的晶粒度表征及评价方法

摘 要:某DL05电缆钢盘条出现晶粒不均匀的形貌特征,通过晶粒度评价试验,形成了一套针 对DL05电缆钢盘条不同晶粒形貌的成体系、全方位的表征和评价技术,并将其应用在 DL05电缆 钢盘条的技术开发、生产检验中,有效地提升了DL05电缆钢盘条的质量。 

关键词:电缆钢;低碳钢;晶粒度;表征及评价 

中图分类号:TB31;TG115.5                           文献标志码:A                            文章编号:1001-4012(2023)08-0014-03

DL05电缆钢盘条的生产工艺路线是:高炉铁 水→转炉冶炼→LF(钢包精炼炉)精炼→RH(真空 循环脱气)精炼→小方坯连铸→方坯步进式加热 炉加热→高线轧机轧制→吐丝集卷→表面检查→ 性能检验→入库。下游用户将 DL05电缆钢盘条 的直径从6.5mm 拉拔到1.5mm 后,进行退火热 处理,再在表面进行电镀铜,就形成了一种双金属 新型材料,该材料既具有钢的强度,又具有铜的导 电性能,比单纯使用铜的成本更低,因此当前应用 十分广泛。DL05电缆钢盘条中碳元素的质量分 数为2×10-5,属于超低碳钢,其组织是纯铁素体, 分布在铁碳平衡相图的最左边。这种钢在生产时 的加热温度和开轧温度都比较高,容易形成晶粒 长大的趋势。在 DL05电缆钢盘条的研发和生产 过程中,如果加热温度、加热时间控制不精确,材 料就极易产生晶粒不均匀现象,且出现多种不同 形态的晶粒形貌。这种晶粒不均匀的现象会使 DL05电缆钢盘条出现质量问题,如退火后材料表 面出现“竹节状”缺陷、拉拔断裂等,因此对 DL05 电缆钢盘条的微观及性能指标要求更严格。组织 中晶粒的大小与材料的力学性能有明显的对应关 系,晶粒的平均直径越小,材料的屈服强度越高。 考虑到晶粒不均匀现象及晶粒度对产品质量和性 能的影响,开展对 DL05电缆钢盘条铁素体晶粒的 大小、分布均匀性和形态等评价至关重要。

对DL05电缆钢盘条在生产过程中呈现的不均 匀晶粒形态特征,笔者通过晶粒度评价试验,形成了 一套DL05电缆钢盘条晶粒度的评价方法,以提高 DL05电缆钢盘条产品的质量。

1 晶粒度评价试验 

1.1 试验材料的化学成分 

DL05电缆钢盘条的化学成分如表1所示。

1.2 金相试样制备 

由于 DL05电缆钢盘条的碳含量较低,其热轧 后的室温显微组织主要为等轴铁素体,硬度非常 低。依据GB/T13298—2015《金属显微组织检验 方法》制样,试样长度一般约为20mm,用镶嵌机 镶嵌试样,镶嵌面为盘条的横截面和纵截面,磨抛 试样后,用体积分数为4%的硝酸乙醇溶液进行腐 蚀。将试样置于光学显微镜下观察。一般每批 DL05电缆钢盘条取双样,即在同一批中不同的两 卷钢上进行取样,也可以根据质量要求适当增加 试样数量。 

1.3 DL05电缆钢盘条晶粒度国家检验标准 

针对电缆钢生产及退火过程中出现的晶粒度问 题,结合晶粒度检验方法对晶粒度进行评价。采用 GB/T6394—2017 《金属平均晶粒度检验方法》, GB/T24177—2009 《双重晶粒 度 表 征 与 测 定 方 法》、YB/T4290—2012《金相检测面上最大晶粒尺 寸级别 (ALA 晶粒度)测定方法》、GB/T4335— 2013《低碳钢冷轧薄板铁素体晶粒度检验方法》对 电缆钢盘条的晶粒度进行表征及评价,这4个晶粒 度检验标准的基本内容如表2所示。

2 DL05电缆钢盘条不同形态晶粒度的评定 

2.1 DL05电缆钢盘条晶粒度形态表征 

大多数正常生产工艺情况下,DL05电缆钢盘 条的晶粒均匀。在不正常或不稳定的生产情况下, 电缆钢盘条晶粒的形态特征比较复杂,呈现不同形 态。有的盘条表面形成大晶粒,中心部位形成均匀 的等轴小晶粒;有的盘条表面形成小晶粒,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 现柱状晶。有时大晶粒和小晶粒的级别相差较大, 达到3级以上,出现了混晶。 

在生产过程中,DL05电缆钢盘条呈现5种不 同类型的晶粒形貌(见图1~5)。在用户拉拔或热 处理镀铜工艺过程中,DL05电缆钢盘条出现3种 不同的晶粒形态(见图6~8)。

2.2 不同形态晶粒的评价 

根据DL05电缆钢盘条不同形态的晶粒,选用 不同的评价方法对其进行评价,不同晶粒形貌对应 的形态表征如表3所示。

3 DL05电缆钢盘条晶粒度形态表征和评价 技术讨论 

DL05电缆钢盘条属于超低碳钢,俗称“铜包 钢”,化学成分中除了 Mn元素外,没有添加其他合 金元素。方坯经过热轧工艺,其吐丝过程中没有进 行相关控冷,因此盘条在室温下的显微组织是铁素 体。如果DL05电缆钢盘条的整个生产过程稳定, 盘条的铁素体晶粒就均匀,晶粒度级别一般在6级 以上,无3级以上的混晶现象。如果加热工艺不正 常,或者轧线出现故障,DL05电缆钢盘条方坯在加热 炉中加热时间就会过长,轧制成盘条后的成品晶粒尺 寸也相应变大,晶粒度级别降低;如果轧制过程中的温度控制不稳定,轧制后盘条中的晶粒尺寸就会出 现变化,有可能出现局部的晶粒不均匀,或较大范围 的晶粒不均匀现象,形态特征比较复杂。 

正常加热和轧制工艺状态下,DL05电缆钢盘 条铁素体晶粒的形态特征一般都是等轴的,而且分 布较均匀,晶粒度的评价可以按照 GB/T6394— 2017标准进行评定。由于大生产质量检验需要较 短的生产检验周期、较高的检验速率和检验效率,因 此一般优先采用图谱比较法评价晶粒度。如果对晶 粒度的级别测量要求较高,也可以采用面积法或者 截点法。

对于非正常加热和轧制状态下的 DL05电缆钢 盘条,晶粒形态特征表现为局部区域晶粒大小明显 不同,且不均匀,可以按照 GB/T24177—2009标准 对晶粒度进行评定。DL05电缆钢盘条的晶粒总体 较均匀,只有某一个点或区域出现一颗或几颗(一般 不超 过 3 颗)比 较 大 的 晶 粒,可 以 按 照 YB/T 4290—2012标准进行晶粒度评价,在评定总体晶粒 特征的基础上,把最大晶粒评定出来;另外,对于 DL05电缆钢盘条中有一定变形形态特征的等轴 晶,可以按照 GB/T4335—2013标准进行晶粒度 评价。

4 结语 

(1)DL05电缆钢盘条的晶粒形态在实际生产 中呈现多种形貌,只用一种方法评价不全面,不能真 实科学地对其进行晶粒度评价。 

(2)国内不同的晶粒度检验标准有自己应用的 对象及其表征和评价特点。将4种国家晶粒度检验 标准联合使用,可以更准确地表征 DL05电缆钢盘 条晶粒的形态特征,评价晶粒的大小、形态、分布、占 比等关键数据。 

(3)根据实际试样的晶粒形态,建立一个DL05 电缆钢盘条晶粒形态表征和评价技术方法体系,能 够科学、全面、客观和准确地表征和评价 DL05电缆 钢盘条的晶粒度,可在工艺的改善中发挥重要作用。

<文章来源> 材料与测试网 > 期刊论文 > 理化检验－物理分册 > 59卷 > 8期 (pp:14-16)>