您當前的位置:檢測資訊 > 檢測案例
嘉峪檢測網 2019-03-06 16:17
背景
本鋼采用轉爐連鑄連軋工藝生產的GCr15軸承鋼,在某用戶熱穿孔軸承鋼管過程中發(fā)生內翹皮缺陷。由于缺陷比例較大且無法在線分選,且缺陷在后續(xù)冷拔過程中進一步延伸,嚴重影響了冷拔(冷軋)軸承鋼無縫鋼管的質量,導致在加工成品軸承套圈時出現了成批廢品,影響了用戶的交貨周期。
本文根據實際質量問題情況,對該起GCr15軸承鋼管穿孔內翹皮缺陷成因進行了分析,以避免類似失效的再產生。
穿孔工藝及主要缺陷
用戶使用本鋼產?70mm軸承鋼棒料作為生產原料,冷拔軸承鋼管生產工藝為:GCr15軸承鋼棒→下料1.5m→加熱穿孔→球化退火→酸洗→磷化→皂化→冷拔。用戶發(fā)現熱穿孔后部分軸承鋼管內壁有內翹皮缺陷,缺陷出現率在8%左右,成45°角沿鋼管內壁呈螺旋狀分布,典型缺陷宏觀形貌如圖1所示。
圖1 熱穿孔后軸承鋼管內壁缺陷宏觀形貌
冷拔軸承鋼管后制作軸承套圈時,也發(fā)現批量軸承套圈廢品,缺陷出現率在18%左右,缺陷以鋸齒狀、魚鱗狀、半弧形裂紋狀分布在軸承套圈內壁上,典型缺陷宏觀形貌如圖2所示。
圖2 軸承套圈內壁缺陷宏觀形貌
工藝對比試驗分析
從缺陷的形態(tài)和位置上看,無法判定是鋼棒本身缺陷在穿孔過程中形成內翹皮還是穿孔過程中頂頭等設備出現了異常造成的刮傷等。為了確認內翹皮缺陷來源于鋼棒本身缺陷或者熱穿孔工藝不當,采用不同鋼廠生產的不同批次的軸承鋼棒進行熱穿孔工藝對比試驗。
試驗軸承鋼棒選用本鋼生產的?70mm軸承鋼及其他鋼廠生產的相同規(guī)格的軸承鋼共4個批次,試驗設備采用某廠軸承鋼管生產線設備。按照同樣的穿孔工藝將不同批次的軸承鋼棒依次進行熱穿孔試驗,具體加熱工藝為四段煤氣爐加熱,加熱溫度制度為加熱段840℃,均熱段1080℃,采用人工推鋼,加熱時間為1.5h。
穿孔過程中棒料外徑保持不變,棒料長度由1.5m拉伸到6m。采用肉眼對熱穿孔后的軸承鋼管內壁進行窺測,發(fā)現缺陷集中出現在同一批次的軸承鋼棒料上,且缺陷出現比例及形態(tài)與先前質量問題對應性明顯。對比試驗結果表明,軸承鋼管內翹皮缺陷與穿孔工藝無關,與軸承鋼棒質量相關。
鋼棒質量分析
1、化學成分分析
從軸承鋼管缺陷附近取樣進行化學成分分析,按照GB/T 4336-2002在德國OBLF公司生產的QSN750型直讀光譜儀上進行分析,雙方協議值及試樣實際化學成分如表1所示。
表1 軸承鋼雙方協議及實際化學成分(質量分數)%
由表1可見:本鋼軸承鋼的化學成分控制完全滿足技術協議要求,不會產生晶界偏析造成晶間脆性斷裂并影響軸承鋼棒的穿孔使用。
2、金相分析
顯微組織分析
將鋼棒切割后制備成橫向檢驗試樣,預磨、拋光后用4%(體積分數)硝酸酒精溶液浸蝕,在ZEISSAXiOPLan2金相顯微鏡下觀察。
圖3 基體顯微組織形貌
如圖3所示,鋼棒基體顯微組織為片狀珠光體團,組織形態(tài)與軋制的終軋溫度和軋后冷卻速率相關,為正常的軋后組織。
將存在缺陷的軸承鋼管切割后制成金相試樣,觀察軸承鋼管內壁及內裂紋根部處的顯微組織。
圖4 鋼管內壁顯微組織形貌
圖5 裂紋根部顯微組織形貌
如圖4和圖5所示,熱穿孔軸承鋼管內壁脫碳與內裂紋根部脫碳程度相當,這表明鋼管內壁缺陷與穿孔內壁的形成是伴生的,內翹皮“裂紋”缺陷是在穿孔過程中產生的。
對缺陷試樣按照GB/T 18254-2002進行夾雜物評級,夾雜物分布均勻、尺寸細小,鋼棒純凈度優(yōu)良,完全滿足標準要求。
微區(qū)成分分析
采用5600LV掃描電鏡附帶的能譜議對缺陷處進行微區(qū)成分分析,結果如圖6和表2所示。
圖6 能譜分析位置
表2 缺陷附近能譜分析結果%
由表2可見:缺陷附近富集氧、鐵元素,同時含有少量的鉻元素,表明缺陷邊緣已經被氧化,含有鉻與軸承鋼成分特點相關,說明內翹皮缺陷在穿孔初期就已經形成。
3、超聲檢測
化學成分分析、金相分析及能譜分析結果表明,軸承鋼管內翹皮缺陷是由于鋼棒內部質量問題產生的。?70mm軸承鋼經過穿孔后,在內壁出現長條狀鼓泡及線狀裂紋,說明鋼材內部可能存在缺陷。
將出現缺陷批次的鋼棒進行超聲檢測,采用SIUI CTS-4030手提便攜式探傷儀,探頭2.5P20Z,純凈水做耦合劑,參照GB/T 4162-2008中A級探傷標準進行超聲檢測。
圖7 超聲檢測傷波
試驗過程中發(fā)現部分鋼棒存在嚴重的傷波,且傷波具有一定的連續(xù)性,間隔一段無周期性出現,波形如圖7。傷波出現在始脈沖與底波的中間,周向移動缺陷波高寬度會有變化,較密集,回波顯示較敏銳。探傷儀顯示缺陷分布在鋼棒接近心部的位置。檢測同深度不同寬度的裂紋,定位完全相同,波幅與裂紋不完全成線形關系。
為了確定缺陷的宏觀形態(tài),在傷波處取低倍試片進行低倍檢驗。
圖8 疏松缺陷低倍形貌 8×
由圖8可見,與傷波對應較明顯的鋼棒缺陷是較嚴重的中心疏松。按照GB/T 1979-2001評定為2.5級。由于中心疏松處材料強度較低,塑性較差,在熱穿孔變形過程中撕裂延展,宏觀表現為內翹皮缺陷遺傳在軸承鋼管內壁。
根據超聲檢測結果,將有傷波的鋼棒與其他批次鋼棒再次進行穿孔工藝對比試驗。試驗結果表明,有傷波的鋼棒穿孔后出現類似的內翹皮缺陷,且缺陷形態(tài)和比例對應性明顯。由此可見,通過超聲波檢測分選可以避免缺陷的產生。
結論及建議
GCr15軸承鋼管穿孔內翹皮缺陷是鋼棒嚴重的中心疏松缺陷在熱穿孔過程中撕裂延展而產生的。采用超聲探傷檢測可以提前發(fā)現缺陷,避免存在缺陷的軸承鋼棒進入穿管工序。











來源:理化檢驗