9Cr2Mo軋輥縱裂原因分析

常州金安軋輥制造有限公司 （江蘇 213126） 唐廣銀 柏 松 郭 鑫

9Cr2Mo是傳統(tǒng)的冷軋輥材質(zhì)，含碳量在0.9%左右，含鉻量在2%左右。一般用來制作淬硬層深度要求不高的中小型冷軋工作輥、中間輥或矯直輥。 9Cr2Mo材質(zhì)軋輥價(jià)格便宜，是長(zhǎng)期以來應(yīng)用較廣泛的軋輥材質(zhì)之一。

我公司在對(duì)一批共20支φ170mm×850mm×1780mm鍛鋼軋輥進(jìn)行淬火時(shí)，有5支發(fā)生縱向開裂。為分析其縱裂原因，對(duì)其中一支進(jìn)行了理化檢驗(yàn)。

1. 工藝流程

該批軋輥生產(chǎn)工藝流程為：外購鋼錠→改鍛→粗加工→調(diào)質(zhì)→半精加工→最終熱處理→精加工→檢測(cè)→防銹、發(fā)運(yùn)。共用5支鋼錠，每支鋼錠改鍛成4支軋輥輥坯。最終熱處理采用鹽浴爐整體加熱+噴水冷卻的方法，淬火加熱溫度850℃?？v裂發(fā)生在最終熱處理淬火時(shí)，宏觀斷口形貌如圖1所示。箭頭所示處有肉眼可見的明顯縮孔殘余。

圖1 縱裂宏觀斷口形貌

2. 理化分析

在圖1箭頭所示處沿垂直于軋輥軸線方向切割下一片20mm厚度的橫向切片進(jìn)行相關(guān)理化檢驗(yàn)。

（1）低倍組織 橫向切片磨制后經(jīng)熱酸浸蝕低倍檢驗(yàn), 根據(jù)GB/T1299第三級(jí)別圖評(píng)定中心疏松和錠型偏析。錠型偏析＜1級(jí)符合要求，中心疏松4級(jí)超標(biāo)。中心處存在粗大的枝晶狀偏析，直徑55mm，結(jié)果如表1所示。

表1 低倍組織檢測(cè)結(jié)果

（2）高倍檢驗(yàn) 橫向切片經(jīng)磨制拋光后按GB/T10561中ISO評(píng)級(jí)圖，檢驗(yàn)非金屬夾雜物結(jié)果符合技術(shù)要求，如表2所示。

表2 非金屬夾雜物級(jí)別

對(duì)低倍酸試樣所示軋輥中心部位拋光腐蝕后進(jìn)行觀察：軋輥中心附近有肉眼可見的孔洞，放大后縮孔組織如圖2所示，邊界可見沿晶碎裂組織。軋輥中心部位枝狀晶偏析嚴(yán)重，如圖3所示。軋輥中心附近組織為托氏體＋索氏體＋嚴(yán)重帶狀分布的碳化物，參照GB/T18254第八評(píng)級(jí)圖，帶狀碳化物四級(jí)，是碳化物帶狀最差級(jí)別，如圖4所示。

圖2 中心縮孔 500×

圖3 中心枝狀晶偏析 500×

圖4 碳化物帶狀 500×

在軋輥表面拋光、腐蝕后觀察淬火組織，為淬火隱針馬氏體＋呈網(wǎng)狀分布的二次碳化物＋殘留奧氏體，如圖5所示。

（3）化學(xué)成分 在橫向切片上分別選取近表面、R/2處、中心等3點(diǎn)用光譜法進(jìn)行化學(xué)成分分析，結(jié)果見表3，化學(xué)成分符合GB/T13314規(guī)定。

圖5 輥面淬火組織 400×

表3 化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

3. 分析討論

（1）根據(jù)檢測(cè)結(jié)果：軋輥的化學(xué)成分合格，夾雜物符合相關(guān)技術(shù)要求，淬火組織正常。

（2）根據(jù)宏觀斷口形貌，在軋輥中心部位有呈軸向分布的殘余縮孔，并以此為中心向四周放射撕裂。殘余縮孔應(yīng)為軋輥縱裂的裂紋源。

（3）軋輥中心縮孔周圍存在嚴(yán)重的枝狀晶偏析，碳化物帶狀分布嚴(yán)重，惡化了鋼的力學(xué)性能，使得軋輥在整體加熱噴水冷卻時(shí)無法承受心部巨大的拉應(yīng)力導(dǎo)致縱裂。

（4）本批軋輥輥坯由5支鋼錠改鍛而成，有5支軋輥在淬火過程中縱裂，殘余縮孔應(yīng)為鋼綻冒口端縮孔在鍛造過程中未去除干凈所致。

4. 結(jié)語

（1）鋼綻冒口端縮孔在鍛造過程中未去除干凈使得軋輥中心存在殘余縮孔，在殘余縮孔周圍存在嚴(yán)重的枝狀晶偏析，碳化物帶狀分布嚴(yán)重，惡化了鋼的力學(xué)性能，使得軋輥在整體加熱噴水冷卻時(shí)，無法承受心部巨大的拉應(yīng)力導(dǎo)致縱裂。

（2）為避免此類問題的發(fā)生，應(yīng)嚴(yán)格控制鍛造時(shí)冒口端的切除量，確?？s孔去除干凈。