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對輥壓球機軋輥開裂原因分析

發布時間:2018-04-27 08:42| 瀏覽: |來源: 新聞中心

軋輥是對輥壓球機中的重要部件,工況復雜,在成型過程中,軋輥受到強大的擠壓力和摩擦力,因此,軋輥必須具有高且均勻的表面硬度和深的淬硬層,還應具有足夠的強度和韌性以及較高的抗疲勞性能。
    我公司生產的礦粉壓球機扎輥,采用9Cr2Mo鋼,質量1.2t,直徑700mm,高600mm。軋輥生產工序為:鍛造→球化退火→650℃保溫100h去氫處理→粗加工→870℃加熱淬火→190℃回火20~25h→空冷。在熱處理后清洗時發生開裂,后切取試樣時又多次發生炸裂。
     為探究開裂原因,對礦粉壓球機輥皮進行了一系列理化試驗。
軋輥外形炸裂后的斷口形貌如取待測試樣進行分析,其H的質量分數為1.5×10-4%。9Cr2Mo屬于白點敏感性強的鋼種,因此軋輥材料中的H含量較高。取力學性能試樣進行拉伸、沖擊,軋輥的沖擊值較低。試樣經酸洗后,根據GB/T1979—2001《結構鋼低倍組織缺陷評級圖》,用肉眼觀察試樣,其低倍組織,低倍組織評級。對軋輥斷面進行宏觀觀察,無明顯塑性變形,斷面平坦,在每個斷面中心靠近內表面的部位有一個圓形裂紋源,其周圍呈輻射狀,整個斷口有金屬光澤,具有氫脆斷口特征。
    在礦粉壓球機軋輥靠近裂紋源的部位取樣,軋輥的化學成分中w(Ni)偏高試樣左邊大部分區域枝晶偏析較嚴重,右邊一小部分區域枝晶偏析較輕,試樣上發現有次生裂紋,未發現其他低倍缺陷。根據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》,參照附錄A(規范性附錄),B,C,D和DS夾雜物的ISO評級圖,進行夾雜物評定,結果如下:試樣中含有硫化物,級別為A1.0級,被檢試樣其他區域還有單顆粒球狀氧化物類夾雜物,級別為D1.0,0.5e,DS1.0,0.5級,軋輥的夾雜物數量較多,且有的顆粒較大,硫化物有鑄態分布特征。
     礦粉壓球機軋輥的枝晶偏析嚴重,金相試樣在顯微鏡較低倍數觀察,存在“黑白”分明的兩種組織區域,黑色區域為片層狀珠光體+細小顆粒狀碳化物,白色區域組織為鐵素體+較大顆粒狀碳化物,次生裂紋拋光態形貌次生裂紋呈折線型擴展,其拐角處剛健有力,呈較大應力開裂特征,形貌,掃描電鏡斷口分析9Cr2Mo軋輥的斷口平齊,未發現塑性變形區,有金屬光澤,斷口上有兩個區域,靠近斷口中部偏內表面有一個圓形的裂紋源區,裂紋源區在掃描電鏡上觀察呈“雞爪痕”特征,周圍是放射狀瞬時斷裂區,瞬時斷裂區為解理特征,9Cr2Mo軋輥斷口為典型的氫脆斷裂。
    礦粉壓球機9Cr2Mo軋輥斷口的宏觀形貌中間有一圓形裂紋源區域,其周圍呈放射狀擴展,斷口平齊,無塑性變形,斷口有金屬光澤,整個斷口呈脆性斷裂特征。裂紋源區的微觀形貌呈“雞爪痕”狀,其快速擴展區呈解理斷裂特征。該斷口為典型的氫脆斷裂斷口。9Cr2Mo鋼屬于白點敏感性強的鋼種,對H的作用非常敏感。軋輥中殘余H的質量分數為1.5×10-4%,由于軋輥曾發生兩次炸裂,在切取試樣時亦發出清脆的響聲,以及H有擴散的特性,在這一過程中H會從金屬基體中逸出,所以軋輥的原始H含量必定會高于測量值,因此H含量偏高是高頻焊管軋輥氫致開裂的主要原因之一。
軋輥存在嚴重的枝晶偏析現象,嚴重的偏析會造成化學成分的宏觀與微觀的不均勻性,從而直接導致顯微組織與力學性能的不均勻。軋輥金相組織中在枝晶偏析的枝晶間存在碳化物聚集區,這一區域的硬度明顯高于其它區域。大鍛件產生嚴重偏析的原因通常是,鋼錠冶煉和澆注過程中,澆注溫度過高或凝固速度較慢,從而加大了鋼錠的偏析,而在鍛造過程中,沒有充分打碎鑄態組織使組織均勻化,從而形成宏觀和微觀的偏析。由此也說明該鍛件鍛造不充分,存在一定的鑄態組織。偏析的存在一定程度上降低了材料的綜合力學性能,從而使鍛件容易發生開裂。氫脆的發生往往是H與應力共同作用的結果,在軋輥生產中應力(包括鍛造和熱處理應力)過大也是軋輥開裂的一個原因。夾雜物較多為H在軋輥內部區域的聚集提供了場所,給H的外逸增加了一定的難度,從而為其氫致開裂提供了一定的條件。
結論及建議
(1)礦粉壓球機軋輥的斷裂為氫致開裂,氫脆的裂紋源位于軋輥內部鍛造不充分處。應優化去氫工藝,降低軋輥的H含量。
(2)寬粉壓球機軋輥的枝晶偏析較嚴重,夾雜物含量較高,增加了去H的難度,加大了氫脆發生的機率。建議優化鍛造工藝及嚴格執行工藝要求,降低枝晶偏析程度。
(3)芯部材料鍛造不充分也對材料的綜合性能產生了一定的不利影響。建議提高冶金質量,降低鋼中夾雜物的含量;優化熱處理工藝,降低淬火應力。

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