軋機支承輥不同區(qū)域偏析產(chǎn)生原因分析

劉海龍　黨淑娥　侯　微　王子榮

(太原科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，山西030024)

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軋機支承輥不同區(qū)域偏析產(chǎn)生原因分析

劉海龍黨淑娥侯微王子榮

(太原科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，山西030024)

摘要：通過酸浸和金相顯微鏡及掃描電鏡等檢測手段，對軋機支承輥斷面偏析進(jìn)行了分析。分別對白色斑點狀偏析和網(wǎng)狀偏析形成原因進(jìn)行了分析，降低了支承輥斷裂事故。

關(guān)鍵詞：軋機支承輥；白色斑點狀偏析；白色網(wǎng)狀偏析；金相分析；掃描電鏡分析

某重型企業(yè)的軋機支承輥(3%CrMoV)在經(jīng)過鍛造→鍛后熱處理→切削加工→最終熱處理→精加工后發(fā)生橫向斷裂。在對斷面進(jìn)行酸浸低倍檢測時發(fā)現(xiàn)，在斷面不同區(qū)域出現(xiàn)了不同的宏觀組織偏析，見圖1。圖1中B區(qū)出現(xiàn)了白色斑點狀偏析，在C區(qū)出現(xiàn)白色網(wǎng)狀偏析。采用低倍及金相顯微鏡、掃描電鏡以及能譜等檢測分析手段對B、C區(qū)的宏觀偏析進(jìn)行分析，找出偏析產(chǎn)生原因，為抑制偏析產(chǎn)生及組織均勻化提供依據(jù)。

圖1　宏觀組織偏析分布圖Figure 1　Distribution of macrostructure segregation

1檢測方法

以鹽酸水溶液在室溫下酸浸試樣。酸浸后試樣的B區(qū)出現(xiàn)白色斑點狀偏析，C區(qū)出現(xiàn)白色網(wǎng)狀偏析，見圖2。

(a)B區(qū)白色點狀偏析

(b)C區(qū)白色網(wǎng)狀偏析

2檢測結(jié)果

2.1B區(qū)檢測結(jié)果

在金相顯微鏡下觀察酸浸試樣，發(fā)現(xiàn)B區(qū)白色斑點是在一個泡狀物或孔洞周圍聚集的大量顆粒狀第二相。在放大后發(fā)現(xiàn)，亮白色區(qū)域內(nèi)不僅有白色顆粒狀第二相，還有顆粒較大的非金屬夾雜。見圖3。

在掃描電鏡下觀察酸浸試樣，并作能譜分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，白色顆粒狀第二相為含Cr、Mo、V的碳化物，大顆粒狀夾雜物為含Cr、Si、S、C的氧化物，泡狀物內(nèi)部與其周圍基體成分一樣，除了Fe、Cr、C外還含有較高的O。掃描電鏡及能譜分析見圖4。

(a)顆粒狀第二相分布

(b)白色顆粒狀第二相

(c)大量顆粒非金屬夾雜

2.2C區(qū)檢測結(jié)果

在金相顯微鏡下觀察酸浸試樣，發(fā)現(xiàn)C區(qū)網(wǎng)狀偏析是由亮白色小顆粒第二相和少量大顆粒非金屬夾雜組成，局部還有孔洞。見圖5。

在掃描電鏡下觀察酸浸試樣，并作能譜分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，白色顆粒狀第二相為含F(xiàn)e、Cr、Mo的碳化物，大顆粒狀夾雜物為含F(xiàn)e、Cr、C的氧化物。掃描電鏡及能譜分析見圖6。

3偏析產(chǎn)生原因分析

3.1B區(qū)白色斑點狀偏析產(chǎn)生原因

低倍檢測及能譜分析結(jié)果表明，白色斑點狀偏析是以泡狀物或孔洞為中心的含Cr、Mo、V小顆粒狀碳化物和含Cr、Si、S、C大顆粒氧化物的聚集體，并且在碳化物與泡狀物內(nèi)部及其基體組織中都檢測到較高的O含量。由此推斷，白色斑點狀偏析是合金在柱狀晶結(jié)晶過程中，易偏析的溶質(zhì)元素及雜質(zhì)元素堆積在結(jié)晶前沿。富含雜質(zhì)的鋼液比重較輕會逐漸上浮，而鋼液脫氧不充分，使柱狀晶結(jié)晶過程中C、O持續(xù)發(fā)生反應(yīng)，形成CO氣泡迅速上浮，帶動逐漸上浮的含有易偏析溶質(zhì)及雜質(zhì)的鋼液上升。隨著鋼液溫度降低，粘度增大，未能浮出鋼液表面的偏析溶質(zhì)和雜質(zhì)集中滯留在鋼錠上部。當(dāng)中心等軸晶帶開始結(jié)晶時，大量易偏析溶質(zhì)與雜質(zhì)被固定在柱狀晶和中心等軸晶之間，在鋼錠縱向形成了A形偏析區(qū)[1-3]。而這種偏析主要是由CO氣泡上浮引起，所以在鋼錠橫向形成以氣泡為中心的斑點狀偏析。而鍛造及鍛后退火不充分造成一些氣泡在鍛壓時被壓合，另一些未能壓合形成孔洞；聚集的顆粒狀碳化物及氧化物也未能通過鍛打及退火均勻化，所以形成斑點狀偏析。

3.2C區(qū)白色網(wǎng)狀偏析產(chǎn)生原因

低倍檢測及能譜分析結(jié)果表明，白色網(wǎng)狀偏析是由含F(xiàn)e、Cr、Mo的大量白色顆粒狀碳化物及含F(xiàn)e、Cr、C的少量大顆粒狀氧化物夾雜構(gòu)成的聚集體。這是由于合金在柱狀晶結(jié)晶后，鑄錠中心未結(jié)晶的金屬液中仍含有較多易偏析溶質(zhì)元素及夾雜元素。中心部位鋼液溫度繼續(xù)下降，致使全部殘留液體幾乎同時出現(xiàn)結(jié)晶核心，由于過冷度小，生成核心少，且無定向散熱，從而形成中心粗大等軸晶帶。對于等軸晶帶內(nèi)的一個晶粒而言，晶界是其最后結(jié)晶的部位，所以晶界聚集了較多易偏析溶質(zhì)元素及雜質(zhì)元素，形成了中心等軸晶帶的晶界偏析。而在鍛造過程鍛打及斷后退火不充分，中心等軸晶帶的晶界偏析未得到有效改善，致使沿晶分布的網(wǎng)狀偏析仍依稀可見。

4結(jié)論

通過對發(fā)生斷裂的支承輥斷面進(jìn)行分析，得出斷面不同區(qū)域偏析產(chǎn)生的原因。

(1)B區(qū)白色斑點狀偏析是以泡狀物或孔洞為中心的含Cr、Mo、V小顆粒狀碳化物和含Cr、

圖4　B區(qū)白色斑點狀偏析掃描電鏡和能譜分析結(jié)果Figure 4　Results of SEM and EDS of whit spot segregation in B region

圖5　C區(qū)酸浸試樣組織形貌Figure 5　Metallographic structure of acid pickled sample in C region

圖6　C區(qū)網(wǎng)狀偏析掃描電鏡和能譜分析結(jié)果Figure 6　Results of SEM and EDS of net segregation in C region

Si、S、C大顆粒氧化物的聚集體。形成原因主要是由于鋼液脫氧不充分及鋼中雜質(zhì)較多以及鍛造及鍛后退火不充分，未能將氣泡完全壓合及偏析均勻化，形成了白色斑狀區(qū)域偏析。

(2)C區(qū)白色網(wǎng)狀偏析是由含F(xiàn)e、Cr、Mo的大量白色顆粒狀碳化物及含F(xiàn)e、Cr、C的少量大顆粒狀氧化物夾雜構(gòu)成的聚集體。形成原因是鋼錠中心等軸晶帶凝固時，由于選分結(jié)晶和冷卻速度緩慢，等軸晶晶界聚集了較多易偏析溶質(zhì)元素及雜質(zhì)元素，形成了中心等軸晶帶的晶界偏析。

參考文獻(xiàn)

[1]梁小平,姚雁文,等.大型鋼錠A偏析的形成機理及影響因素[J].大型鑄鍛件，2010(3):42-45.

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[3]劉東戎,桑寶光,等.考慮固相移動的大尺寸鋼錠宏觀偏析數(shù)值模擬[J].物理學(xué)報,2009(58):104-111.

編輯杜敏

Cause Analysis of Segregation in Different Region for Backup Roll

Liu Hailong,Dang Shu′e,Hou Wei,Wang Zirong

Abstract：By adopting the acid pickling,the metallurgical microscope and the scanning electron microscope for examination,the segregation of fracture surface of backup roll has been analyzed.The causes of whit spot segregation and net segregation have been analyzed separately,so as to reduce the fracture accident of backup roll.

Key words：backup roll of rolling mill;white spot segregation;white net segregation;metallographic analysis;SEM analysis

收稿日期：2015—11—24

作者簡介：劉海龍(1989—)，男，碩士，主要研究方向為大型鍛造理論與新技術(shù)。電話：15513075446黨淑娥(1965—)，女，教授，博士學(xué)位，碩士生導(dǎo)師，主要從事本科材料熱處理教學(xué)。電話：13935199793

中圖分類號：TG115.21;O657.62

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B