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锻造支承辊超声检测新要求的工艺改进

锻钢支承辊的工艺技术  


当前主流的支承辊生产工艺流程为电炉(中频炉)冶炼→钢包精炼→真空脱气(VD)→下注法浇注(上注法真空浇注)→热转钢锭至锻造工序→均质化处理及锻造→锻后热处理(正火或者退火)→粗加工超声检测→预备热处理(水淬调质或油淬调质)→半精加工→工频淬火(差温淬火)→二次回火→精加工→精磨→成品超声检测。

支承辊超声检测不合格缺陷主要来自于钢锭冶炼过程、锻造和热处理过程。钢锭冶炼过程中常见缺陷有缩孔、疏松、非金属夹杂等;锻造过程常见缺陷有白点、晶粒粗大、裂纹等。

 

冷轧支撑辊


锻钢支承辊的主要超声检测标准


JB/T4120-2017标准 

国内大部分厂家目前遵循支承辊的行业标准准JB/T4120-2017,该标准核心要求为:整个支承辊不应存在裂纹、白点等缺陷;对于整锻支承辊,离辊身表面100mm深的表层采用双晶探头检测,辊身直径不超过1600mm的支承辊不应存在当量直径大于Φ1mm的缺陷;辊身直径超过1600mm的支承辊不应存在当量直径大于Φ2mm的缺陷。在其他超声检测区域范围内,若单个缺陷回波连续保持F≥1/2屏高,缺陷处第一次底波幅度BF≤1/2屏高的缺陷面积应不大于25cm2。该标准在国内运行多年,符合该标准的产品基本上可以满足用户使用要求。

 

SN322.10标准  

该标准被国外的部分用户采用。该标准较JB/T4120-2017要严格,和JB/T4120-2017相比:工作层的要求基本上一致,对于生产制造来说难度相当。轧辊内部的要求差异较大,JB/T4120-2017采用底波法检测,当缺陷对底波不造成影响的话就视为合格;而SN322.10标准不仅对底波的影响幅度进行了严格的规定,而且需要进行当量法检测,对缺陷大小进行定量,缺陷数量也不能超过5个。

 

EN 10228.3标准

该标准主要在欧洲的企业中使用,主要通过当量法判定支承辊超声检测是否合格,一般采用2级和3级标准。以2级为例,采用直探头检测,允许存在Φ8mm以下的单点缺陷,允许存在Φ5mm下的连续缺陷。

 

ASTM A388标准 

(1)直射束检测:a)不允许有超过参考底面回波一定百分比之瑕疵回波;b)不可以有等于或大于某指定参考规格平底孔回波之瑕疵回波;c)不可以有底面回波降低超过参考底面回波一定百分比之区域;d)不可以有如上述a)、b)所示且伴随底面回波降低如c)所示的瑕疵回波;e)不可以有超过DGS方法中规定的参考线的显示。   

(2)斜射束检测:不可以有超过参考沟槽回波振幅或振幅参考曲线的某一定规定的百分比显示。 一般技术协议中约定不允许存在缺陷波>20%,底波损失大于70%的区域。

 

大型支承辊偏析、缩孔造成的检测缺陷


(1)对特大型支承辊内部超声检测缺陷进行了研究,特大型支承辊中的密集缺陷主要是组织和晶粒度不均匀造成的,而组织和晶粒度的不均匀主要是成分偏析造成的。这主要是因为,由于偏析的存在,在锻造变形时会发生局部变形不协调而导致内部微裂纹的萌生,同时,在热处理过程中,偏析的大量存在也会对组织转变产生不良的影响。二重通过高温扩散试验证实,在1250℃下长时间保温可以解决偏析问题并使检测性能改善。

(2)对Cr5承辊辊身无底波研究时发现,缺陷剖面存在明显的孔洞和显微空隙,无韧性撕裂特征,经电镜等检测分析,可以确定为二次缩孔造成。在钢锭凝固过程中,若补缩不充分会造成二次缩孔缺陷范围变大。锻造中若压实工序的拔长比较小,则不能充分焊合钢锭芯部的二次缩孔缺陷,造成检测时出现无底波现象。   

另外由于支承辊Cr元素含量高,钢液粘度,流动性降低,使得钢液中夹杂物不易上浮,最终形成夹杂物缺陷,为避免产生夹杂物缺陷,一方面需要做好外来夹杂的防控工作,如锭模、底座的打磨,耐材的选择;另一方面应适当控制材料的浇注温度,促使夹杂物上浮。

 

结语     

(1)Cr5锻钢因锻后热处理工艺设计不当造成的4级网状碳化物和少量液析碳化物的问题,可以通过改进热处理工艺方法解决,采用高温正火的工艺,使绝大部分碳化物溶入基体内,再采用快速冷却的水基或油基淬火液冷却,使奥氏体充分转变,减少二次碳化物的析出,从而使组织充分细化,并避免网状碳化物的形成。最终实现检测无任何缺陷波,底波良好。 

(2)在雨季生产CrMo类钢种时,若钢液表面裸露或敞口浇注时容易因吸收空气中的水蒸气、氧气、氮气等导致钢锭H、O、N含量过高,在随后的凝固中产生气孔性缺陷或白点缺陷。针对此情况可通过增加气氛保护和补加保护渣的方式予以解决。  

(3)大型钢锭浇注不可避免地会在钢锭中形成偏析,当偏析达到一定程度后,会造成检测密集缺陷,通过锻造前的高温扩散作用可以有效解决此问题。二次缩孔也会造成检测不合格问题,需要设定好冒口比例。

 

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