特大型支承輥超聲檢測缺陷分析與工藝優(yōu)化

趙　欣　門正興　甘紅勝　李　勇(二重集團公司鑄鍛公司，四川618000)

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特大型支承輥超聲檢測缺陷分析與工藝優(yōu)化

趙欣門正興甘紅勝李勇
(二重集團公司鑄鍛公司，四川618000)

摘要:對特大型支承輥的超聲檢測( UT)缺陷進行了取試分析，判定檢測中的單個缺陷和密集缺陷的性質(zhì)。結(jié)合該件支承輥制造的熱加工工藝，對產(chǎn)品制造的熱加工工藝提出了優(yōu)化方案和改進方向，并應(yīng)用到實際生產(chǎn)中，產(chǎn)品質(zhì)量取得明顯改善。

關(guān)鍵詞:支承輥;無損檢測;缺陷分析;工藝優(yōu)化

支承輥UT缺陷分布具有一定的規(guī)律性，密集缺陷集中在鋼錠上段。超聲檢測時衰減不均勻的現(xiàn)象在支承輥中時有出現(xiàn)，特別是在特大型支承輥中幾乎成了一種普遍現(xiàn)象。超聲衰減不均勻一方面會影響檢測的準(zhǔn)確性甚至導(dǎo)致無法檢測，另一方面導(dǎo)致這一現(xiàn)象背后的原因有可能對支承輥抗斷裂性能產(chǎn)生不良影響。

本文對特大型支承輥超聲檢測材質(zhì)衰減不均勻原因及環(huán)狀分布缺陷性質(zhì)進行研究。

1　試驗方案

1．1支承輥輥身檢測

對支承輥輥身做摸底檢測，選取了輥身的兩條母線，用直探頭每隔200 mm測量一次材質(zhì)衰減情況。同時對輥身進行整體檢測，并確定最大單個缺陷位置以及密集缺陷的分布情況。檢測情況見圖1所示。

從實際檢測情況來看，密集缺陷呈環(huán)狀分布，

圖1　特大型支承輥現(xiàn)場檢測情況Figure 1　 Test results on site for super large b ackup roll

密集當(dāng)量從表面向心部變大。材質(zhì)衰減十分嚴(yán)重，說明整個輥身的組織是很不均勻的。

1．2取試方案

根據(jù)檢測情況確定了取試方案。在最大的單個缺陷處套徑向棒1支，編號為Q1，同時在輥身不同部位另套取了3根含有缺陷的試棒備用。

1．3試驗步驟

( 1)將Q1試棒表面做滲透檢測( PT)、酸洗。根據(jù)PT和酸洗結(jié)果確定下一步實驗方案。

( 2)對試棒檢測進一步確定最大單個缺陷位置。

( 3)在缺陷位置加工斷口試樣及其他試樣，確定該單個缺陷性質(zhì)。

( 4)解剖試棒，對密集缺陷做金相分析和定性分析。

2　試驗結(jié)果與分析

2．1 PT著色檢測與UT

對Q1試棒表面做PT，沒有明顯的開口性缺陷，表面PT著色檢測過程見圖2所示。

對Q1試棒重新檢測，在該段確定了最大當(dāng)量單個缺陷及密集缺陷的分布位置及當(dāng)量。將Q1試棒剖開，發(fā)現(xiàn)在該位置附近存在一條約為20 mm長裂紋，該裂紋已經(jīng)延伸至表面裂穿。由于裂紋閉合很好，在做PT時沒能發(fā)現(xiàn)。比對原出廠檢測報告，未發(fā)現(xiàn)對應(yīng)的缺陷記錄。由此推斷，該缺陷應(yīng)為上機使用過程中萌生的裂紋。同時在酸洗后的剖面其他部位發(fā)現(xiàn)很多麻點，基本呈現(xiàn)出一定趨勢的層帶狀分布，且明顯區(qū)別于基體組織。裂紋及麻點形貌見圖3所示。

2．2掃描電鏡和能譜分析

通過線切割的方式將裂紋打開，對斷口［1］做掃描電鏡和能譜分析，發(fā)現(xiàn)在裂紋斷口上存在大面積的夾雜物［2］，尤其在裂紋源處密度最大。通過能譜分析發(fā)現(xiàn)該夾雜物為脆性硅酸鹽夾雜物。由此可確定該裂紋的萌生是由于過多脆性硅酸鹽夾雜物的存在，使其在軋制的過程中輥身內(nèi)部承受的應(yīng)力在該處集中，導(dǎo)致裂紋的萌生和擴展。掃描電鏡和能譜分析結(jié)果見圖4所示。

2．3高倍組織分析

對層帶狀分布的麻點取試做高倍分析。起初以為該麻點為偏析點，但是通過高倍分析發(fā)現(xiàn)并非偏析點，實際是混晶［3］造成的這樣的形貌。高倍分析該處的組織為珠光體組織+球狀碳化物。但是混晶十分嚴(yán)重，如圖5所示。

圖2　Q1缺陷PT著色檢測Figure 2　 PT coloration detection of Q1 defect

圖4　　掃描電鏡和能譜分析結(jié)果Figure 4　 The results of scanning electron microscope and energy spectrum analysis

圖5　麻點高倍分析結(jié)果Figure 5　 Microscopic test result of pitting

3　結(jié)論

通過上述對Q1試棒的一系列試驗的結(jié)果得到以下結(jié)論:

( 1)確定了最大單個缺陷為裂紋，比對前后檢測情況可以確定是在上機軋制過程中萌生并拓展的。產(chǎn)生原因是硅酸鹽脆性夾雜物的存在造成該處應(yīng)力集中，萌生裂紋。

( 2)密集缺陷定性，初步可以確定密集缺陷實為混晶。如果消除了混晶，改善了輥身組織均勻性，對于檢測的準(zhǔn)確性會有明顯的提高。底波衰減嚴(yán)重的情況可以得到有效控制。

4　工藝優(yōu)化

結(jié)合以上試驗分析結(jié)論來看，對特大型支承輥的熱加工工藝需從以下幾個方面進行改進和優(yōu)化:

( 1)特大型支承輥的鋼錠冶煉采用多爐合澆的工藝模式，如何控制好鋼水的純凈度，減少硅酸鹽夾雜物的數(shù)量和當(dāng)量尺寸成為一個必須攻克的問題。

( 2)從大面積的混晶情況來看，鍛造應(yīng)采用新的壓實模式和壓實方法。在高溫階段充分實現(xiàn)特大型支承輥整體的壓實效果(尤其是使輥身芯部得到較好的壓實)和多次動態(tài)再結(jié)晶，以達到細化晶粒和改善組織均勻性的效果。

( 3)鍛后熱處理方面開展材料試驗研究并結(jié)合數(shù)值模擬分析，找到更合理的鍛后熱處理工藝模式，使混晶的情況進一步得到改善。

參考文獻

［1］鐘群鵬，趙子華．?dāng)嗫趯W(xué)［M］．高等教育出版社，2005:166．

［2］趙春華，巴鈞濤，馮玉合．支承輥外露夾雜原因分析［J］．大型鑄鍛件，2012( 5)．

［3］殷光虹．軋輥材料金相圖譜．上海:上?？萍汲霭嫔纾?/p>

編輯傅冬梅

Defect Analysis in Ultrasonic Test and Process Optimization for Super Large Backup Roll

Zhao Xin，Meng Zhengxin，Gan Hongsheng，Li Yong

Abstract:The specimen is taken to analyze the defect in UT for super large backup Rolland determine the characteristics of single defect and clustered defects．Combined with the hot machining process of the backup roll，the optimal scheme and improvement direction are put forward and applied in the actual production and achieved obvious improvement of product quality．

Key words:backup roll; nondestructive test; defect analysis; process optimization

收稿日期:2014—08—20

文獻標(biāo)志碼:A

中圖分類號:TG316．1 +92