DL05電纜鋼盤條的生產(chǎn)工藝路線是：高爐鐵水→轉(zhuǎn)爐冶煉→LF(鋼包精煉爐)精煉→RH(真空循環(huán)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(dǎo)電性能，比單純使用銅的成本更低，因此當(dāng)前應(yīng)用十分廣泛。DL05電纜鋼盤條中碳元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(chǎn)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(fā)和生產(chǎn)過程中，如果加熱溫度、加熱時間控制不精確，材料就極易產(chǎn)生晶粒不均勻現(xiàn)象，且出現(xiàn)多種不同形態(tài)的晶粒形貌。這種晶粒不均勻的現(xiàn)象會使DL05電纜鋼盤條出現(xiàn)質(zhì)量問題，如退火后材料表面出現(xiàn)“竹節(jié)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(biāo)要求更嚴(yán)格。組織中晶粒的大小與材料的力學(xué)性能有明顯的對應(yīng)關(guān)系，晶粒的平均直徑越小，材料的屈服強度越高?？紤]到晶粒不均勻現(xiàn)象及晶粒度對產(chǎn)品質(zhì)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(tài)等評價至關(guān)重要。
對DL05電纜鋼盤條在生產(chǎn)過程中呈現(xiàn)的不均勻晶粒形態(tài)特征，研究人員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(chǎn)品的質(zhì)量。
1、 晶粒度評價試驗
1、試驗材料的化學(xué)成分
DL05電纜鋼盤條的化學(xué)成分如表1所示。
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(jù) GB/T 13298—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?jǐn)?shù)為4%的硝酸乙醇溶液進行腐蝕。將試樣置于光學(xué)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(jù)質(zhì)量要求適當(dāng)增加試樣數(shù)量。
3、DL05電纜鋼盤條晶粒度國家檢驗標(biāo)準(zhǔn)
針對電纜鋼生產(chǎn)及退火過程中出現(xiàn)的晶粒度問題，結(jié)合晶粒度檢驗方法對晶粒度進行評價。采用GB/T 6394—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/T 4335—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(biāo)準(zhǔn)的基本內(nèi)容如表2所示。
2 、DL05電纜鋼盤條不同形態(tài)晶粒度的評定
1、DL05電纜鋼盤條晶粒度形態(tài)表征
大多數(shù)正常生產(chǎn)工藝情況下，DL05電纜鋼盤條的晶粒均勻。在不正?；虿环€(wěn)定的生產(chǎn)情況下，電纜鋼盤條晶粒的形態(tài)特征比較復(fù)雜，呈現(xiàn)不同形態(tài)。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(xiàn)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(xiàn)了混晶。
在生產(chǎn)過程中，DL05電纜鋼盤條呈現(xiàn)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(xiàn)3種不同的晶粒形態(tài)(見圖6~8)。
2、不同形態(tài)晶粒的評價
根據(jù)DL05電纜鋼盤條不同形態(tài)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(yīng)的形態(tài)表征如表3所示。
3、DL05電纜鋼盤條晶粒度形態(tài)表征和評價技術(shù)討論
DL05電纜鋼盤條屬于超低碳鋼，俗稱“銅包鋼”，化學(xué)成分中除了Mn元素外，沒有添加其他合金元素。方坯經(jīng)過熱軋工藝，其吐絲過程中沒有進行相關(guān)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(chǎn)過程穩(wěn)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(xiàn)象。如果加熱工藝不正常，或者軋線出現(xiàn)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(yīng)變大，晶粒度級別降低；如果軋制過程中的溫度控制不穩(wěn)定，軋制后盤條中的晶粒尺寸就會出現(xiàn)變化，有可能出現(xiàn)局部的晶粒不均勻，或較大范圍的晶粒不均勻現(xiàn)象，形態(tài)特征比較復(fù)雜。
正常加熱和軋制工藝狀態(tài)下，DL05電纜鋼盤條鐵素體晶粒的形態(tài)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/T 6394—2017標(biāo)準(zhǔn)進行評定。由于大生產(chǎn)質(zhì)量檢驗需要較短的生產(chǎn)檢驗周期、較高的檢驗速率和檢驗效率，因此一般優(yōu)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(tài)下的 DL05電纜鋼盤條，晶粒形態(tài)特征表現(xiàn)為局部區(qū)域晶粒大小明顯不同，且不均勻，可以按照GB/T 24177—2009標(biāo)準(zhǔn)對晶粒度進行評定。DL05電纜鋼盤條的晶?？傮w較均勻，只有某一個點或區(qū)域出現(xiàn)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(biāo)準(zhǔn)進行晶粒度評價，在評定總體晶粒特征的基礎(chǔ)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(tài)特征的等軸晶，可以按照 GB/T 4335—2013標(biāo)準(zhǔn)進行晶粒度評價。
4、 結(jié)語
(1)DL05電纜鋼盤條的晶粒形態(tài)在實際生產(chǎn)中呈現(xiàn)多種形貌，只用一種方法評價不全面，不能真實科學(xué)地對其進行晶粒度評價。
(2)國內(nèi)不同的晶粒度檢驗標(biāo)準(zhǔn)有自己應(yīng)用的對象及其表征和評價特點。將4種國家晶粒度檢驗標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)合使用，可以更準(zhǔn)確地表征DL05電纜鋼盤條晶粒的形態(tài)特征，評價晶粒的大小、形態(tài)、分布、占比等關(guān)鍵數(shù)據(jù)。
(3)根據(jù)實際試樣的晶粒形態(tài)，建立一個DL05電纜鋼盤條晶粒形態(tài)表征和評價技術(shù)方法體系，能夠科學(xué)、全面、客觀和準(zhǔn)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(fā)揮重要作用。
作者：陶勇，賈麗暉，胡濤，劉明輝，古兵平，王瀟，蔣祝爽，高鵬
單位：武鋼股份有限公司質(zhì)量檢驗中心
來源：《理化檢驗-物理分冊》2023年第8期
京公網(wǎng)安備11010802046783號
