MC系辊坯条状缺陷分析研究

MC系辊坯条状缺陷分析研究薛正国刘秀珍邱兴波（中原特钢股份有限公司河南济源454685）摘要：本文介绍了公司生产的MC系列辊坯经超声波探伤存在条状缺陷的问题分析情况。利用理化检测手段及生产过程排查，表明此次问题的出现是由于电渣重熔过程气体含量较高，电渣锭内部存在超过正常水平的疏松缺陷和气孔及锻造过程砧宽比控制不当共同造成的。关键词：条状缺陷孔洞疏松砧宽比[1、2、3]1、引言MC系列辊坯在生产过程中控制不当易出现超声波探伤不合情况，尤其以条状缺陷问题最严重，直接导致辊坯报废。公司10月份，有批量MC5、MC3辊坯存在超声波探伤条状缺陷，共计15支，其中MC5有13支、MC3A有2支。因此，有必要对此进行质量攻关。2、生产工艺及宏观缺陷观察2.1MC系列辊坯生产工艺辊坯的实际生产工艺为：电弧炉冶炼+真空精炼→电渣重熔→电渣锭加热、压钳把、镦粗、拔长→高温扩散退火→锻造成形→锻后快速冷却→正火+球化退火→校直、切片进行化学成分及高低倍检查、下料→辊身粗加→超声检测→粗加工、磁粉检测、超声检测→半精加或抛光→双晶探头探伤检验→合格交货。2.2宏观缺陷观察在锯切现场对有缺陷的辊坯超声波定位进行锯切，切开后辊坯中心存在肉眼可见的孔洞型裂纹，部分产品在周围伴有小孔洞，缺陷照片见图1、图2。3、理化检测分析3.1取样根据现场观察结果，决定取样进行理化检测、分析。在试片按照图3所示切取9～17号试样，其中9～11进行小样热处理分析碳化物偏聚情况，12～16号试样进行锻造后的夹杂物及金相组织分析，1/2半径位置的17号试样进行成品分析，靠近17号试样切取气体分析试样。3.2低倍分析选取1号试片进行低倍酸侵蚀试验，在试片的中心除原始的裂纹及孔洞外，另有几条细小裂纹，其余结果正常，未发现夹渣、夹灰现象，低倍形貌照片如图4所示，低倍组织按照GB/T1979-2001评定，结果如表1所示。图3试片取样位置图图4心部低倍照片表1低倍结果中心疏松一般疏松偏析情况其它0.50.5无中心Φ100mm范围有裂纹、孔洞，边裂4mm3.3高倍分析3.3.1退火态检测将12～16号试样机械抛光后观察纵向检测面，整个截面上无其它非正常缺陷，非金属夹杂物级别并不高，按GB/T10561评级结果见表2。观察孔洞裂纹周围及尾部有较多的小孔洞呈现三角形或不规则的多边形，孔洞内部无明显的夹渣存在，如图5所示；裂纹尾部圆秃；在13号试样的横向检测面机械磨制抛光后观察，个别区域发现有沿晶硫化物，靠近此处的裂纹沿沿晶硫化物方向扩展，如图6所示。表2非金属夹杂物试样号非金属夹杂物12、1314、16A0.5B0.5C0D1.0Ae0Be0Ce0De0.515A0B1.0C0D1.0Ae0Be0Ce0De0.5图5抛光态下的小孔洞100X图6沿晶硫化物500X试样经腐蚀后观察整个横截面的显微组织均为粒状珠光体，且孔洞周围组织与基体一致，按照GB/T1299-2000评定球化级别，均为2.0级。在心部的12、13号试样的孔洞周围抛光态下未发现夹渣及氧化存在，在腐蚀态下同样未发现有脱碳现象，这说明在锻造加热前孔洞与外界并不连通或孔洞并不存在；前期在锭尾端端头切取的低倍试片酸侵蚀后整个截面组织正常完好，证明孔洞与外界并不连通。3.3.2碳化物不均匀性检测将9～11号试样经840℃淬火（保温30min）+200℃回火（保温2h）后，进行碳化物偏聚分析，发现从边缘到心部的碳化物分布大致一样，碳化物网状：3.0级、碳化物带状：1.0、无碳化物液析，如图7所示。检测结果说明锻件并无碳化物分布不均现象存在。图7网状碳化物500倍3.4化学成分（含气体）分析17号试样的化学成分检测结果如下表13所示。在低倍检测时发现有两条细小裂纹，为验证气体含量对裂纹的影响，在接近半径处切取气体试样，分析结果如表3。表3化学成分结果（%）元素CSSiMnPNiCrMoCuV[H]［0］［N］检测值0.910.0030.890.700.0080.705.20.400.070.171.2125109要求值0.82~0.96≤0.0150.30~0.900.20~0.80≤0.0200.30~0.904.60~5.500.20~0.60≤0.200.10~0.20≤2.0≤20≤100注：气体单位为ppm从表3结果可知，化学成分中除氧、氮含量轻微超标外，其它元素含量均合格。4结论从以上观察分析可知，缺陷主要位于锻件锭尾端的心部，宏观观察存在有较大的鸡爪形的孔洞裂纹，在孔洞裂纹周围有较多细小的孔洞，纵向观察细小孔洞断续不相连接；低倍腐蚀后未发现夹渣、夹灰，且无偏析现象；金相观察非金属夹杂物较少，化学成分合格，不存在碳化物液析，只有氧、氮轻微超标；在所有的孔洞周围无氧化脱碳现象，孔洞边缘粗糙不光滑，从孔洞形态及微观观察，同时结合生产过程排查判断，孔洞在电渣重熔过程中因操作不当及气候潮湿等因素形成，在锻造过程中未能锻合而是进一步的使孔洞扩展，最终形成鸡爪形孔洞裂纹。参考文献[1]刘助柏,倪利勇,刘国辉.大锻件变形新理论新工艺北京：机械工业出版社2009：133-135[2]刘助柏,张庆,王连东,等.锻造理论与工艺的进展[J].燕山大学，2000，24（4）：294-301[3]陈建礼.Cr5型冷轧辊锻造辊坯研制[J].：锻压技术2006第二期：10-12[5]赵希春.宝钢2050轧机5%Cr支承辊的制造[J].大型铸锻件，2003第二期：23-30[5]大型铸锻件缺陷分析图谱编委会.大型铸锻件缺陷分析图谱.北京：机械工业出版社，1990