利用ZEISS-AXIO光學顯微鏡、Keyence VE9800型掃描電鏡和Edax能譜儀對F2冷連軋機機架工作輥軋制過程中發(fā)生剝落的原因進行了分析。結(jié)果表明:該工作輥輥身剝落是由輥身內(nèi)部缺陷引起的,其剝落面宏觀形貌與由輥身表面裂紋引起的剝落存在明顯差異,裂紋擴展以輥身內(nèi)部缺陷為圓心形成類同心圓的擴展軌跡,待擴展至一定位置后剩下部位再瞬間剝離形成剝落形貌。以類同心圓模式從輥身內(nèi)部發(fā)生的剝落,其圓心裂紋源處常伴有冶金夾雜缺陷存在,夾雜物的存在會隔斷軋輥本體組織的連續(xù)性而引起力學性能的降低,同時會導致軋輥內(nèi)局部應力集中,為裂紋的形成和擴展提供了有利的條件。為避免該問題的發(fā)生,可進一步提高鋼水的純凈度,從而降低夾雜物的形成概率。 

【文章來源】：金屬熱處理. 2020,45(06)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：4 頁

【部分圖文】：

剝落輥的宏觀形貌(a)及方框區(qū)域的放大圖(b)

為對金相檢測結(jié)果進一步確認和深入分析，采用Keyence VE9800型掃描電鏡對裂紋源區(qū)域進行了進一步觀察，同時，采用Edax能譜儀進行了微觀成分檢測。圖4是裂紋源附近處疑似夾雜物區(qū)域和基體區(qū)域的SEM形貌，從圖4(a)可以清晰的看到基體上分布著連續(xù)的凸起物質(zhì)。圖4(c)是對該凸起物質(zhì)進行的能譜分析，能譜分析結(jié)果顯示:該區(qū)域Si、Al、O含量遠遠高于設(shè)計成分范圍，其中Si的含量高達38.4%,O含量34.72%,Fe含量僅1.85%;圖4(d)是對圖4(b)所示的基體進行的能譜分析，分析結(jié)果顯示:基體的成分檢測結(jié)果與設(shè)計成分基本一致。3 分析與討論

通過光學顯微鏡和掃描電鏡觀察結(jié)果可知，裂紋源位置存在尺寸較大的夾雜物，能譜分析結(jié)果表明，夾雜物的中的Si、Al、O的含量遠高于設(shè)計值。根據(jù)GB/T10561—2005《鋼中非金屬夾雜物含量的測定標準評級圖顯微檢驗法》對鋼中夾雜物的分類，該剝落工作輥裂紋源位置發(fā)現(xiàn)的夾雜物屬于C類硅酸鹽類夾雜物。硅酸鹽是金屬氧化物和硅酸根的化合物，使用硅鐵、硅錳合金脫氧時，極易形成可變形的硅酸鹽。硅酸鹽成分比較復雜，能溶解多種化合物、氧化物、硫化物，并與之形成多種共晶體及混合物。有資料顯示，硅酸鹽類夾雜物的成分基本上是復相的鋁硅酸鹽夾雜物以及尺寸較大、SiO2含量較高的硅酸鹽類夾雜物，而且夾雜物中SiO2含量越高，夾雜物尺寸越大[3]。該類硅酸鹽夾雜一般來源于耐火材料或爐渣，夾雜是煉鋼工藝固有的，無法完全消除，但可通過合理的工藝將其控制在允許范圍內(nèi)[4]。進一步測量夾雜物的深度可知，剝落時，夾雜物距輥身表面的徑向深度為58 mm，輥身剝落時的直徑為?411 mm，新輥直徑為?425 mm，說明半徑方向已使用7 mm，說明該新輥制造完成時，夾雜物距離輥身表面的距離約為65 mm。由于該輥制造過程中的最終熱處理為工頻+中頻的雙頻感應淬火，根據(jù)感應淬火的原理計算透熱深度σ=500槡/f得出的透熱深度約為70 mm，說明夾雜物的位置在表面淬火透熱深度的臨近位置，淬火過程中由于熱量不斷向心部傳遞，淬火加熱時在60～70 mm范圍內(nèi)實際上并未達到奧氏體化溫度，而是對原調(diào)質(zhì)態(tài)的基體進行了一個高溫回火處理，使得該區(qū)域的硬度會低于調(diào)質(zhì)硬度。經(jīng)過對剝落塊夾雜物周邊的硬度檢測發(fā)現(xiàn)，其硬度只有27～29 HRC。因此，可以推斷夾雜物分布在這個特殊的過渡區(qū)域，破壞了基體組織的連續(xù)性，使材料的強度和塑性大大降低。同時，由于夾雜物本身脆性很大，其延展性與基體存在較大差異，在外力作用下夾雜物和基體的變形能力不同易引起材料塑性變形的不協(xié)調(diào)，當這種不協(xié)調(diào)的應力和主應力之和超過了夾雜物與基體界面分離的臨界應力時，夾雜物便沿著最大主應力方向與基體界面分離[5]，從而萌生裂紋，裂紋持續(xù)擴展到一定位置后，基體強度無法支撐軋輥的正常使用，隨即便發(fā)生瞬間的大面積撕裂，進而發(fā)生剝落。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]某鍛鋼冷連軋工作輥剝落原因分析[J]. 繆軍紅,王永,張文亮.  現(xiàn)代冶金. 2019(02)
[2]淺析鋼中硅酸鹽類夾雜物的控制與去除[J]. 付冬陽,賀春陽,張規(guī)華.  寬厚板. 2016(03)
[3]Φ700mm軋機軋輥斷裂失效分析[J]. 張鐵軍,姜中濤,涂銘旌.  機械工程材料. 2014(04)
[4]馬鋼冷軋軋輥缺陷的分析及防范措施[J]. 任天寶,嚴開龍,孟文捷.  安徽冶金科技職業(yè)學院學報. 2008(04)



本文編號：3347349