工作辊在冷轧过程中辊身剥落原因分析

发布时间：2021-08-17 07:32

　　利用ZEISS-AXIO光学显微镜、Keyence VE9800型扫描电镜和Edax能谱仪对F2冷连轧机机架工作辊轧制过程中发生剥落的原因进行了分析。结果表明:该工作辊辊身剥落是由辊身内部缺陷引起的,其剥落面宏观形貌与由辊身表面裂纹引起的剥落存在明显差异,裂纹扩展以辊身内部缺陷为圆心形成类同心圆的扩展轨迹,待扩展至一定位置后剩下部位再瞬间剥离形成剥落形貌。以类同心圆模式从辊身内部发生的剥落,其圆心裂纹源处常伴有冶金夹杂缺陷存在,夹杂物的存在会隔断轧辊本体组织的连续性而引起力学性能的降低,同时会导致轧辊内局部应力集中,为裂纹的形成和扩展提供了有利的条件。为避免该问题的发生,可进一步提高钢水的纯净度,从而降低夹杂物的形成概率。 

【文章来源】：金属热处理. 2020,45(06)北大核心CSCD

【文章页数】：4 页

【部分图文】：

剥落辊的宏观形貌(a)及方框区域的放大图(b)

为对金相检测结果进一步确认和深入分析，采用Keyence VE9800型扫描电镜对裂纹源区域进行了进一步观察，同时，采用Edax能谱仪进行了微观成分检测。图4是裂纹源附近处疑似夹杂物区域和基体区域的SEM形貌，从图4(a)可以清晰的看到基体上分布着连续的凸起物质。图4(c)是对该凸起物质进行的能谱分析，能谱分析结果显示:该区域Si、Al、O含量远远高于设计成分范围，其中Si的含量高达38.4%,O含量34.72%,Fe含量仅1.85%;图4(d)是对图4(b)所示的基体进行的能谱分析，分析结果显示:基体的成分检测结果与设计成分基本一致。3 分析与讨论

通过光学显微镜和扫描电镜观察结果可知，裂纹源位置存在尺寸较大的夹杂物，能谱分析结果表明，夹杂物的中的Si、Al、O的含量远高于设计值。根据GB/T10561—2005《钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法》对钢中夹杂物的分类，该剥落工作辊裂纹源位置发现的夹杂物属于C类硅酸盐类夹杂物。硅酸盐是金属氧化物和硅酸根的化合物，使用硅铁、硅锰合金脱氧时，极易形成可变形的硅酸盐。硅酸盐成分比较复杂，能溶解多种化合物、氧化物、硫化物，并与之形成多种共晶体及混合物。有资料显示，硅酸盐类夹杂物的成分基本上是复相的铝硅酸盐夹杂物以及尺寸较大、SiO2含量较高的硅酸盐类夹杂物，而且夹杂物中SiO2含量越高，夹杂物尺寸越大[3]。该类硅酸盐夹杂一般来源于耐火材料或炉渣，夹杂是炼钢工艺固有的，无法完全消除，但可通过合理的工艺将其控制在允许范围内[4]。进一步测量夹杂物的深度可知，剥落时，夹杂物距辊身表面的径向深度为58 mm，辊身剥落时的直径为?411 mm，新辊直径为?425 mm，说明半径方向已使用7 mm，说明该新辊制造完成时，夹杂物距离辊身表面的距离约为65 mm。由于该辊制造过程中的最终热处理为工频+中频的双频感应淬火，根据感应淬火的原理计算透热深度σ=500槡/f得出的透热深度约为70 mm，说明夹杂物的位置在表面淬火透热深度的临近位置，淬火过程中由于热量不断向心部传递，淬火加热时在60～70 mm范围内实际上并未达到奥氏体化温度，而是对原调质态的基体进行了一个高温回火处理，使得该区域的硬度会低于调质硬度。经过对剥落块夹杂物周边的硬度检测发现，其硬度只有27～29 HRC。因此，可以推断夹杂物分布在这个特殊的过渡区域，破坏了基体组织的连续性，使材料的强度和塑性大大降低。同时，由于夹杂物本身脆性很大，其延展性与基体存在较大差异，在外力作用下夹杂物和基体的变形能力不同易引起材料塑性变形的不协调，当这种不协调的应力和主应力之和超过了夹杂物与基体界面分离的临界应力时，夹杂物便沿着最大主应力方向与基体界面分离[5]，从而萌生裂纹，裂纹持续扩展到一定位置后，基体强度无法支撑轧辊的正常使用，随即便发生瞬间的大面积撕裂，进而发生剥落。

【参考文献】：
期刊论文
[1]某锻钢冷连轧工作辊剥落原因分析[J]. 缪军红,王永,张文亮.  现代冶金. 2019(02)
[2]浅析钢中硅酸盐类夹杂物的控制与去除[J]. 付冬阳,贺春阳,张规华.  宽厚板. 2016(03)
[3]Φ700mm轧机轧辊断裂失效分析[J]. 张铁军,姜中涛,涂铭旌.  机械工程材料. 2014(04)
[4]马钢冷轧轧辊缺陷的分析及防范措施[J]. 任天宝,严开龙,孟文捷.  安徽冶金科技职业学院学报. 2008(04)



本文编号：3347349