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高碳珠光体钢经冷拔加工得到的高碳钢丝,具有极高的强度,良好的韧性,被广泛应用于桥梁缆索,预应力钢绞线等高应力的工作环境。然而缺乏对影响盘条强度因素以及拉拔过程微观变形机制的深入了解,使得国内厂家在开发高级别产品时,无论是抗拉强度的稳定性,还是韧性、疲劳性等方面与国外都有较大的差距。针对上述问题,本文对不同Si、V合金成分盘条组织,性能以及拉拔过程进行了研究。
通过微观组织观察,发现Si元素对于珠光体组织形貌影响不大,而V元索却可以显著细化珠光体片层间距以及团的大小,但也破坏了片层的连续性。Si和V的添加都会提高样品的硬度和抗拉强度,每增加0.1%Si含量和0.01%V含量,抗拉强度分别提高19.9MPa和12.7MPa。随着相变温度的提高,元素Si和V对强度贡献均呈现上升趋势,V上升趋势比Si要明显。
通过拉拔实验,发现不同形态珠光体变形方式有所不同:珠光体团小,片层间距较薄的珠光体转动比较容易,大应变下,片层基本都会转到拉拔轴向;而珠光体团大,片层间距较厚的珠光体中不同取向片层会呈现明显差别,片层方向与拉拔方向夹角不是太大时,片层能转动到拉拔方向,否则片层以扭折变形甚至剪切变形为主,最终也会断裂成颗粒或短片状。钢丝在冷拔过程中会形成<110>丝织构,组织形态对其影响不大。Si对加工硬化率影响不大,而V通过细化片层间距会显著提高加工硬化率,Hall-Petch模型在应变量超过1.20后就不在适用。
通过TEM观察和XRD分析,发现原始盘条中基本不存在位错,应变量较小时位错密度缓慢增加,可以看到单滑移系开动产生的“列式”位错线,随着应变量的增加位错密度上升速度加快,位错间的交互作用加强,开始形成位错胞,进一步增加应变量后,位错基本以位错胞形式存在,应变量1.87时,钢丝中位错密度达到了1015m-2数量级。
HRTEM显示,原始盘条中渗碳体处于单晶状态,与铁素体存在Pitsch-Petch取向关系,拉拔过程中渗碳体结构会出现变化,且不同形态渗碳体变形后其结构会不一样,应变量较大时渗碳体呈现一种晶体形态的梯度分布,心部仍保持单晶或者接近单晶态,最外层变为非晶或者纳米晶形态,而这两者之间则保持多晶的混合态。