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对辊压球机轧辊开裂原因分析

发布时间:2018-04-27 08:42| 浏览: |来源: 新火彩票平台

轧辊是对辊压球机中的重要部件,工况复杂,在成型过程中,轧辊受到强大的挤压力和摩擦力,因此,轧辊必须具有高且均匀的表面硬度和深的淬硬层,还应具有足够的强度和韧性以及较高的抗疲劳性能。
    我公司生产的矿粉压球机扎辊,采用9Cr2Mo钢,质量1.2t,直径700mm,高600mm。轧辊生产工序为:锻造→球化退火→650℃保温100h去氢处理→粗加工→870℃加热淬火→190℃回火20~25h→空冷。在热处理后清洗时发生开裂,后切取试样时又多次发生炸裂。
     为探究开裂原因,对矿粉压球机辊皮进行了一系列理化试验。
轧辊外形炸裂后的断口形貌如取待测试样进行分析,其H的质量分数为1.5×10-4%。9Cr2Mo属于白点敏感性强的钢种,因此轧辊材料中的H含量较高。取力学性能试样进行拉伸、冲击,轧辊的冲击值较低。试样经酸洗后,根据GB/T1979—2001《结构钢低倍组织缺陷评级图》,用肉眼观察试样,其低倍组织,低倍组织评级。对轧辊断面进行宏观观察,无明显塑性变形,断面平坦,在每个断面中心靠近内表面的部位有一个圆形裂纹源,其周围呈辐射状,整个断口有金属光泽,具有氢脆断口特征。
    在矿粉压球机轧辊靠近裂纹源的部位取样,轧辊的化学成分中w(Ni)偏高试样左边大部分区域枝晶偏析较严重,右边一小部分区域枝晶偏析较轻,试样上发现有次生裂纹,未发现其他低倍缺陷。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》,参照附录A(规范性附录),B,C,D和DS夹杂物的ISO评级图,进行夹杂物评定,结果如下:试样中含有硫化物,级别为A1.0级,被检试样其他区域还有单颗粒球状氧化物类夹杂物,级别为D1.0,0.5e,DS1.0,0.5级,轧辊的夹杂物数量较多,且有的颗粒较大,硫化物有铸态分布特征。
     矿粉压球机轧辊的枝晶偏析严重,金相试样在显微镜较低倍数观察,存在“黑白”分明的两种组织区域,黑色区域为片层状珠光体+细小颗粒状碳化物,白色区域组织为铁素体+较大颗粒状碳化物,次生裂纹抛光态形貌次生裂纹呈折线型扩展,其拐角处刚健有力,呈较大应力开裂特征,形貌,扫描电镜断口分析9Cr2Mo轧辊的断口平齐,未发现塑性变形区,有金属光泽,断口上有两个区域,靠近断口中部偏内表面有一个圆形的裂纹源区,裂纹源区在扫描电镜上观察呈“鸡爪痕”特征,周围是放射状瞬时断裂区,瞬时断裂区为解理特征,9Cr2Mo轧辊断口为典型的氢脆断裂。
    矿粉压球机9Cr2Mo轧辊断口的宏观形貌中间有一圆形裂纹源区域,其周围呈放射状扩展,断口平齐,无塑性变形,断口有金属光泽,整个断口呈脆性断裂特征。裂纹源区的微观形貌呈“鸡爪痕”状,其快速扩展区呈解理断裂特征。该断口为典型的氢脆断裂断口。9Cr2Mo钢属于白点敏感性强的钢种,对H的作用非常敏感。轧辊中残余H的质量分数为1.5×10-4%,由于轧辊曾发生两次炸裂,在切取试样时亦发出清脆的响声,以及H有扩散的特性,在这一过程中H会从金属基体中逸出,所以轧辊的原始H含量必定会高于测量值,因此H含量偏高是高频焊管轧辊氢致开裂的主要原因之一。
轧辊存在严重的枝晶偏析现象,严重的偏析会造成化学成分的宏观与微观的不均匀性,从而直接导致显微组织与力学性能的不均匀。轧辊金相组织中在枝晶偏析的枝晶间存在碳化物聚集区,这一区域的硬度明显高于其它区域。大锻件产生严重偏析的原因通常是,钢锭冶炼和浇注过程中,浇注温度过高或凝固速度较慢,从而加大了钢锭的偏析,而在锻造过程中,没有充分打碎铸态组织使组织均匀化,从而形成宏观和微观的偏析。由此也说明该锻件锻造不充分,存在一定的铸态组织。偏析的存在一定程度上降低了材料的综合力学性能,从而使锻件容易发生开裂。氢脆的发生往往是H与应力共同作用的结果,在轧辊生产中应力(包括锻造和热处理应力)过大也是轧辊开裂的一个原因。夹杂物较多为H在轧辊内部区域的聚集提供了场所,给H的外逸增加了一定的难度,从而为其氢致开裂提供了一定的条件。
结论及建议
(1)矿粉压球机轧辊的断裂为氢致开裂,氢脆的裂纹源位于轧辊内部锻造不充分处。应优化去氢工艺,降低轧辊的H含量。
(2)宽粉压球机轧辊的枝晶偏析较严重,夹杂物含量较高,增加了去H的难度,加大了氢脆发生的机率。建议优化锻造工艺及严格执行工艺要求,降低枝晶偏析程度。
(3)芯部材料锻造不充分也对材料的综合性能产生了一定的不利影响。建议提高冶金质量,降低钢中夹杂物的含量;优化热处理工艺,降低淬火应力。


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