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事故背景

安裝在粗軋機(jī)上的水平輥服役很短時(shí)間就發(fā)生了開裂，沿徑向裂成數(shù)塊。水平輥材料為球墨鑄鋼。

理化檢驗(yàn)

綜合分析

球墨鑄鋼的化學(xué)成分一般屬于過共析鋼范圍，通過對(duì)鋼液進(jìn)行適當(dāng)球化處理，可使鑄態(tài)組織中獲得一定數(shù)量的球狀石墨及碳化物。

高碳鋼的碳含量一般為0.7％~1.2％(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)，碳含量大于1.4％被視為禁區(qū)，因材料脆性太大而難以應(yīng)用。鋼中碳含量的增加，會(huì)使鋼的硬度升高，耐磨性提高。解決禁區(qū)問題一般有兩種方法:一是將碳化物通過反復(fù)熱處理細(xì)化而形成超塑性材料;二是將部分碳石墨化，使鋼中含碳化物的同時(shí)也含有石墨(也相當(dāng)于一種復(fù)合材料)。碳化物粒子數(shù)量增多，使材料耐磨性提高;石墨具有自潤(rùn)滑作用，可改善鋼的切削性。因而，球墨鑄鋼具有優(yōu)良的耐磨性能、減震性能和切削性能，以及較高的抗熱裂和抗熱疲勞性能。

球墨鑄鋼軋輥的生產(chǎn)工藝一般如圖5所示。

圖5 球墨鑄鋼軋輥制造工藝流程圖

球墨鑄鋼的熔煉結(jié)合了傳統(tǒng)鑄鋼和球墨鑄鐵的熔煉技術(shù)，待鋼液成分和溫度符合要求后即可加入合適的球化劑進(jìn)行球化處理。適中的球化劑顆粒，有利于形成較多的石墨核心，從而得到球化良好且分布均勻的石墨球。后續(xù)的熱處理(正火或退火)也可以改善石墨球的數(shù)量和球化效果。

失效的水平輥材料為球墨鑄鋼，其化學(xué)成分和輥身硬度基本符合標(biāo)準(zhǔn)要求。水平輥的顯微組織為細(xì)珠光體＋碳化物＋石墨，但組織很不均勻，呈枝晶狀分布;石墨數(shù)量少，球化效果不佳;枝晶間隙碳化物粗大，呈大塊狀、長(zhǎng)桿狀，數(shù)量較多;枝晶桿處碳化物細(xì)小，但有一部分在晶界上呈斷續(xù)網(wǎng)狀分布。

為了保證球墨鑄鋼水平輥具有良好的綜合力學(xué)性能，一般要對(duì)其進(jìn)行熱處理。高溫?cái)U(kuò)散退火是軋輥熱處理的重要工序之一，通過高溫?cái)U(kuò)散退火，可消除晶內(nèi)偏析、網(wǎng)狀碳化物，使材料成分均勻化。由于球墨鑄鋼碳含量較高且含有一定量的合金元素，因此晶內(nèi)偏析、成分偏析較為嚴(yán)重，還有多種形態(tài)的碳化物存在，所以高溫?cái)U(kuò)散退火工序極為必要。開裂失效水平輥組織狀態(tài)不佳，偏析嚴(yán)重，明顯沒有進(jìn)行高溫?cái)U(kuò)散退火，說明其熱處理工藝存在問題。水平輥的石墨數(shù)量少而且球化效果不佳，可見其石墨化工藝控制也存在問題。

不良的組織狀態(tài)會(huì)使水平輥的抗熱裂和抗熱疲勞能力下降，導(dǎo)致其在服役很短時(shí)間后即發(fā)生開裂失效。

結(jié)論及建議

水平輥在生產(chǎn)過程中存在球化劑選擇不合適以及未進(jìn)行高溫?cái)U(kuò)散退火等問題，導(dǎo)致水平輥組織狀態(tài)不良，石墨球化效果差，組織偏析嚴(yán)重。不良的組織狀態(tài)是導(dǎo)致水平輥在服役很短時(shí)間后即發(fā)生開裂的主要原因。

建議水平輥在生產(chǎn)過程中優(yōu)化并控制好石墨球化工藝和熱處理工藝，以獲得良好的組織和性能。