9Cr2Mo軋輥縱裂原因分析

常州金安軋輥制造有限公司 （江蘇 213126） 唐廣銀 柏 松 郭 鑫

9Cr2Mo是傳統(tǒng)的冷軋輥材質(zhì)，含碳量在0.9%左右，含鉻量在2%左右。一般用來(lái)制作淬硬層深度要求不高的中小型冷軋工作輥、中間輥或矯直輥。 9Cr2Mo材質(zhì)軋輥價(jià)格便宜，是長(zhǎng)期以來(lái)應(yīng)用較廣泛的軋輥材質(zhì)之一。

我公司在對(duì)一批共20支φ170mm×850mm×1780mm鍛鋼軋輥進(jìn)行淬火時(shí)，有5支發(fā)生縱向開(kāi)裂。為分析其縱裂原因，對(duì)其中一支進(jìn)行了理化檢驗(yàn)。

1. 工藝流程

該批軋輥生產(chǎn)工藝流程為：外購(gòu)鋼錠→改鍛→粗加工→調(diào)質(zhì)→半精加工→最終熱處理→精加工→檢測(cè)→防銹、發(fā)運(yùn)。共用5支鋼錠，每支鋼錠改鍛成4支軋輥輥坯。最終熱處理采用鹽浴爐整體加熱+噴水冷卻的方法，淬火加熱溫度850℃?？v裂發(fā)生在最終熱處理淬火時(shí)，宏觀斷口形貌如圖1所示。箭頭所示處有肉眼可見(jiàn)的明顯縮孔殘余。

圖1 縱裂宏觀斷口形貌

2. 理化分析

在圖1箭頭所示處沿垂直于軋輥軸線方向切割下一片20mm厚度的橫向切片進(jìn)行相關(guān)理化檢驗(yàn)。

（1）低倍組織 橫向切片磨制后經(jīng)熱酸浸蝕低倍檢驗(yàn), 根據(jù)GB/T1299第三級(jí)別圖評(píng)定中心疏松和錠型偏析。錠型偏析＜1級(jí)符合要求，中心疏松4級(jí)超標(biāo)。中心處存在粗大的枝晶狀偏析，直徑55mm，結(jié)果如表1所示。

表1 低倍組織檢測(cè)結(jié)果

（2）高倍檢驗(yàn) 橫向切片經(jīng)磨制拋光后按GB/T10561中ISO評(píng)級(jí)圖，檢驗(yàn)非金屬夾雜物結(jié)果符合技術(shù)要求，如表2所示。

表2 非金屬夾雜物級(jí)別

對(duì)低倍酸試樣所示軋輥中心部位拋光腐蝕后進(jìn)行觀察：軋輥中心附近有肉眼可見(jiàn)的孔洞，放大后縮孔組織如圖2所示，邊界可見(jiàn)沿晶碎裂組織。軋輥中心部位枝狀晶偏析嚴(yán)重，如圖3所示。軋輥中心附近組織為托氏體＋索氏體＋嚴(yán)重帶狀分布的碳化物，參照GB/T18254第八評(píng)級(jí)圖，帶狀碳化物四級(jí)，是碳化物帶狀最差級(jí)別，如圖4所示。

圖2 中心縮孔 500×

圖3 中心枝狀晶偏析 500×

圖4 碳化物帶狀 500×

在軋輥表面拋光、腐蝕后觀察淬火組織，為淬火隱針馬氏體＋呈網(wǎng)狀分布的二次碳化物＋殘留奧氏體，如圖5所示。

（3）化學(xué)成分 在橫向切片上分別選取近表面、R/2處、中心等3點(diǎn)用光譜法進(jìn)行化學(xué)成分分析，結(jié)果見(jiàn)表3，化學(xué)成分符合GB/T13314規(guī)定。

圖5 輥面淬火組織 400×

表3 化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

3. 分析討論

（1）根據(jù)檢測(cè)結(jié)果：軋輥的化學(xué)成分合格，夾雜物符合相關(guān)技術(shù)要求，淬火組織正常。

（2）根據(jù)宏觀斷口形貌，在軋輥中心部位有呈軸向分布的殘余縮孔，并以此為中心向四周放射撕裂。殘余縮孔應(yīng)為軋輥縱裂的裂紋源。

（3）軋輥中心縮孔周圍存在嚴(yán)重的枝狀晶偏析，碳化物帶狀分布嚴(yán)重，惡化了鋼的力學(xué)性能，使得軋輥在整體加熱噴水冷卻時(shí)無(wú)法承受心部巨大的拉應(yīng)力導(dǎo)致縱裂。

（4）本批軋輥輥坯由5支鋼錠改鍛而成，有5支軋輥在淬火過(guò)程中縱裂，殘余縮孔應(yīng)為鋼綻冒口端縮孔在鍛造過(guò)程中未去除干凈所致。

4. 結(jié)語(yǔ)

（1）鋼綻冒口端縮孔在鍛造過(guò)程中未去除干凈使得軋輥中心存在殘余縮孔，在殘余縮孔周圍存在嚴(yán)重的枝狀晶偏析，碳化物帶狀分布嚴(yán)重，惡化了鋼的力學(xué)性能，使得軋輥在整體加熱噴水冷卻時(shí)，無(wú)法承受心部巨大的拉應(yīng)力導(dǎo)致縱裂。

（2）為避免此類問(wèn)題的發(fā)生，應(yīng)嚴(yán)格控制鍛造時(shí)冒口端的切除量，確保縮孔去除干凈。