轧机支承辊不同区域偏析产生原因分析

刘海龙　党淑娥　侯　微　王子荣

(太原科技大学材料科学与工程学院，山西030024)



轧机支承辊不同区域偏析产生原因分析

刘海龙党淑娥侯微王子荣

(太原科技大学材料科学与工程学院，山西030024)

摘要：通过酸浸和金相显微镜及扫描电镜等检测手段，对轧机支承辊断面偏析进行了分析。分别对白色斑点状偏析和网状偏析形成原因进行了分析，降低了支承辊断裂事故。

关键词：轧机支承辊；白色斑点状偏析；白色网状偏析；金相分析；扫描电镜分析

某重型企业的轧机支承辊(3%CrMoV)在经过锻造→锻后热处理→切削加工→最终热处理→精加工后发生横向断裂。在对断面进行酸浸低倍检测时发现，在断面不同区域出现了不同的宏观组织偏析，见图1。图1中B区出现了白色斑点状偏析，在C区出现白色网状偏析。采用低倍及金相显微镜、扫描电镜以及能谱等检测分析手段对B、C区的宏观偏析进行分析，找出偏析产生原因，为抑制偏析产生及组织均匀化提供依据。

图1　宏观组织偏析分布图Figure 1　Distribution of macrostructure segregation

1检测方法

以盐酸水溶液在室温下酸浸试样。酸浸后试样的B区出现白色斑点状偏析，C区出现白色网状偏析，见图2。

(a)B区白色点状偏析

(b)C区白色网状偏析

2检测结果

2.1B区检测结果

在金相显微镜下观察酸浸试样，发现B区白色斑点是在一个泡状物或孔洞周围聚集的大量颗粒状第二相。在放大后发现，亮白色区域内不仅有白色颗粒状第二相，还有颗粒较大的非金属夹杂。见图3。

在扫描电镜下观察酸浸试样，并作能谱分析。结果发现，白色颗粒状第二相为含Cr、Mo、V的碳化物，大颗粒状夹杂物为含Cr、Si、S、C的氧化物，泡状物内部与其周围基体成分一样，除了Fe、Cr、C外还含有较高的O。扫描电镜及能谱分析见图4。

(a)颗粒状第二相分布

(b)白色颗粒状第二相

(c)大量颗粒非金属夹杂

2.2C区检测结果

在金相显微镜下观察酸浸试样，发现C区网状偏析是由亮白色小颗粒第二相和少量大颗粒非金属夹杂组成，局部还有孔洞。见图5。

在扫描电镜下观察酸浸试样，并作能谱分析。结果发现，白色颗粒状第二相为含Fe、Cr、Mo的碳化物，大颗粒状夹杂物为含Fe、Cr、C的氧化物。扫描电镜及能谱分析见图6。

3偏析产生原因分析

3.1B区白色斑点状偏析产生原因

低倍检测及能谱分析结果表明，白色斑点状偏析是以泡状物或孔洞为中心的含Cr、Mo、V小颗粒状碳化物和含Cr、Si、S、C大颗粒氧化物的聚集体，并且在碳化物与泡状物内部及其基体组织中都检测到较高的O含量。由此推断，白色斑点状偏析是合金在柱状晶结晶过程中，易偏析的溶质元素及杂质元素堆积在结晶前沿。富含杂质的钢液比重较轻会逐渐上浮，而钢液脱氧不充分，使柱状晶结晶过程中C、O持续发生反应，形成CO气泡迅速上浮，带动逐渐上浮的含有易偏析溶质及杂质的钢液上升。随着钢液温度降低，粘度增大，未能浮出钢液表面的偏析溶质和杂质集中滞留在钢锭上部。当中心等轴晶带开始结晶时，大量易偏析溶质与杂质被固定在柱状晶和中心等轴晶之间，在钢锭纵向形成了A形偏析区[1-3]。而这种偏析主要是由CO气泡上浮引起，所以在钢锭横向形成以气泡为中心的斑点状偏析。而锻造及锻后退火不充分造成一些气泡在锻压时被压合，另一些未能压合形成孔洞；聚集的颗粒状碳化物及氧化物也未能通过锻打及退火均匀化，所以形成斑点状偏析。

3.2C区白色网状偏析产生原因

低倍检测及能谱分析结果表明，白色网状偏析是由含Fe、Cr、Mo的大量白色颗粒状碳化物及含Fe、Cr、C的少量大颗粒状氧化物夹杂构成的聚集体。这是由于合金在柱状晶结晶后，铸锭中心未结晶的金属液中仍含有较多易偏析溶质元素及夹杂元素。中心部位钢液温度继续下降，致使全部残留液体几乎同时出现结晶核心，由于过冷度小，生成核心少，且无定向散热，从而形成中心粗大等轴晶带。对于等轴晶带内的一个晶粒而言，晶界是其最后结晶的部位，所以晶界聚集了较多易偏析溶质元素及杂质元素，形成了中心等轴晶带的晶界偏析。而在锻造过程锻打及断后退火不充分，中心等轴晶带的晶界偏析未得到有效改善，致使沿晶分布的网状偏析仍依稀可见。

4结论

通过对发生断裂的支承辊断面进行分析，得出断面不同区域偏析产生的原因。

(1)B区白色斑点状偏析是以泡状物或孔洞为中心的含Cr、Mo、V小颗粒状碳化物和含Cr、

图4　B区白色斑点状偏析扫描电镜和能谱分析结果Figure 4　Results of SEM and EDS of whit spot segregation in B region

图5　C区酸浸试样组织形貌Figure 5　Metallographic structure of acid pickled sample in C region

图6　C区网状偏析扫描电镜和能谱分析结果Figure 6　Results of SEM and EDS of net segregation in C region

Si、S、C大颗粒氧化物的聚集体。形成原因主要是由于钢液脱氧不充分及钢中杂质较多以及锻造及锻后退火不充分，未能将气泡完全压合及偏析均匀化，形成了白色斑状区域偏析。

(2)C区白色网状偏析是由含Fe、Cr、Mo的大量白色颗粒状碳化物及含Fe、Cr、C的少量大颗粒状氧化物夹杂构成的聚集体。形成原因是钢锭中心等轴晶带凝固时，由于选分结晶和冷却速度缓慢，等轴晶晶界聚集了较多易偏析溶质元素及杂质元素，形成了中心等轴晶带的晶界偏析。

参考文献

[1]梁小平,姚雁文,等.大型钢锭A偏析的形成机理及影响因素[J].大型铸锻件，2010(3):42-45.

[2]许伟阳,曹志刚,等.齿轮钢大方坯宏观碳偏析及形成机制[J].炼钢,2011,27(5):63-67.

[3]刘东戎,桑宝光,等.考虑固相移动的大尺寸钢锭宏观偏析数值模拟[J].物理学报,2009(58):104-111.

编辑杜敏

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

作者简介：刘海龙(1989—)，男，硕士，主要研究方向为大型锻造理论与新技术。电话：15513075446党淑娥(1965—)，女，教授，博士学位，硕士生导师，主要从事本科材料热处理教学。电话：13935199793

中图分类号：TG115.21;O657.62

文献标志码：B