軋機支承輥不同區域偏析產生原因分析

劉海龍　黨淑娥　侯　微　王子榮

(太原科技大學材料科學與工程學院，山西030024)

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軋機支承輥不同區域偏析產生原因分析

劉海龍黨淑娥侯微王子榮

(太原科技大學材料科學與工程學院，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行了分析。分別對白色斑點狀偏析和網狀偏析形成原因進行了分析，降低了支承輥斷裂事故。

關鍵詞：軋機支承輥；白色斑點狀偏析；白色網狀偏析；金相分析；掃描電鏡分析

某重型企業的軋機支承輥(3%CrMoV)在經過鍛造→鍛后熱處理→切削加工→最終熱處理→精加工后發生橫向斷裂。在對斷面進行酸浸低倍檢測時發現，在斷面不同區域出現了不同的宏觀組織偏析，見圖1。圖1中B區出現了白色斑點狀偏析，在C區出現白色網狀偏析。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區的宏觀偏析進行分析，找出偏析產生原因，為抑制偏析產生及組織均勻化提供依據。

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區出現白色斑點狀偏析，C區出現白色網狀偏析，見圖2。

(a)B區白色點狀偏析

(b)C區白色網狀偏析

2檢測結果

2.1B區檢測結果

在金相顯微鏡下觀察酸浸試樣，發現B區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。在放大后發現，亮白色區域內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。結果發現，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區檢測結果

在金相顯微鏡下觀察酸浸試樣，發現C區網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。結果發現，白色顆粒狀第二相為含Fe、Cr、Mo的碳化物，大顆粒狀夾雜物為含Fe、Cr、C的氧化物。掃描電鏡及能譜分析見圖6。

3偏析產生原因分析

3.1B區白色斑點狀偏析產生原因

低倍檢測及能譜分析結果表明，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晶過程中，易偏析的溶質元素及雜質元素堆積在結晶前沿。富含雜質的鋼液比重較輕會逐漸上浮，而鋼液脫氧不充分，使柱狀晶結晶過程中C、O持續發生反應，形成CO氣泡迅速上浮，帶動逐漸上浮的含有易偏析溶質及雜質的鋼液上升。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和雜質集中滯留在鋼錠上部。當中心等軸晶帶開始結晶時，大量易偏析溶質與雜質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[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區白色網狀偏析產生原因

低倍檢測及能譜分析結果表明，白色網狀偏析是由含Fe、Cr、Mo的大量白色顆粒狀碳化物及含Fe、Cr、C的少量大顆粒狀氧化物夾雜構成的聚集體。這是由于合金在柱狀晶結晶后，鑄錠中心未結晶的金屬液中仍含有較多易偏析溶質元素及夾雜元素。中心部位鋼液溫度繼續下降，致使全部殘留液體幾乎同時出現結晶核心，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。對于等軸晶帶內的一個晶粒而言，晶界是其最后結晶的部位，所以晶界聚集了較多易偏析溶質元素及雜質元素，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，致使沿晶分布的網狀偏析仍依稀可見。

4結論

通過對發生斷裂的支承輥斷面進行分析，得出斷面不同區域偏析產生的原因。

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

圖5　C區酸浸試樣組織形貌Figure 5　Metallographic structure of acid pickled sample in C region

圖6　C區網狀偏析掃描電鏡和能譜分析結果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，形成了白色斑狀區域偏析。

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

參考文獻

[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.

[2]許偉陽,曹志剛,等.齒輪鋼大方坯宏觀碳偏析及形成機制[J].煉鋼,2011,27(5):63-67.

[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值模擬[J].物理學報,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。電話：15513075446黨淑娥(1965—)，女，教授，博士學位，碩士生導師，主要從事本科材料熱處理教學。電話：13935199793

中圖分類號：TG115.21;O657.62

文獻標志碼：B