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，研究人员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、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。
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/T 13298—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。
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/T 6394—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/T 4335—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
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、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/T 6394—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/T 24177—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/T 4335—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。
作者：陶勇，贾丽晖，胡涛，刘明辉，古兵平，王潇，蒋祝爽，高鹏
单位：武钢股份有限公司质量检验中心
来源：《理化检验-物理分册》2023年第8期
