バックアップロールの鍛造における横方向の亀裂の解析

亀裂は現在、鍛造品の生産と品質の発展に影響を与える重要な問題であり、鍛造業界でも研究と議論の焦点となっています。新素材と鍛造プロセスの研究により、鍛造時の亀裂も密な亀裂、縦方向の亀裂、横方向の亀裂など、さまざまな形態を示しています。2019年には、VCの鍛造と据え込み時に垂直亀裂がより深刻になりました。 バックアップロール 製品が割れやすく、手作業での洗浄が困難でした。生産工程の最適化、介在物制御の改善、鋼塊の表面品質の向上により、割れは大幅に改善されましたが、鍛造工程では横割れの問題が依然として残っています。

同社のVC 鋼塊 VC鋼塊は天然ガスで加熱され、加熱温度は1240〜1260℃です。 VC鋼塊のトン数は比較的大きく、一般的に50t以上です。 3回の火で鍛造され、最初の火でクランプが上昇して圧迫され、2回目の火でピアが厚くなり、長くなります。 3回目の火で完成品が鍛造されます。 一般に、2回目の火の後、VC鋼塊の表面に密な横方向の亀裂が現れ、表面の片側でより顕著になります。 ただし、このような亀裂は粗面化プロセス中に明らかではありません。 2回目の火の伸長後、鋼塊の表面の密な亀裂は図1に示すようになります。

図1 鋼塊表面の密な亀裂の状態

鋼塊は2回目の焼成で鍛造され、炉に装填されて焼きなましされ、その後表面のサンプルが採取されて検査されました。

プロセスレビュー

一般的に、横方向の亀裂や面状の亀裂の発生は、2 つの側面に直接関係していると考えられています。

1) Cu、Asなどの残留元素が基準を超えると、据え込み加工や絞り加工時に割れが発生するため、割れがひどい部分をサンプリングし、スペクトル分析した結果を表1に示す。

表1 重度ひび割れ領域のスペクトル解析結果（質量分率）（%）

化学成分検査の結果、基準を超える明らかな有害成分は検出されませんでした。

2) 鍛造加熱温度が高すぎることによる過度の焼け。初期の鍛造部門では、鋼塊の加熱プロセス中に片側が過度の焼けで引き起こされる深刻な縦割れの問題を経験しました。鋼塊は鍛造後に深刻な損失を被りました。しかし、この鋼塊の据え込みプロセス中に亀裂は発見されず、再検査でも加熱温度が基準を超えていないことが判明しました。

高速度工具鋼の鍛造技術

金属組織分析

（1）鋼塊の表面に亀裂がない正常な位置で金属相を検出します。研磨された輝点の深さは1〜2mmです。構造はパーライト+少量の炭化物であり、図2に示すように、介在物は見つかりませんでした。

図2 表面の亀裂のない箇所の組織学的検査

（2）欠陥位置：鋼塊表面のひどい亀裂がある部分の金属組織を検出する（合計3点）。研磨された輝点の深さは4〜5mmです。図3に示すように、組織はフェライトであり、介在物は見つかりませんでした。

図3 重篤な部位における金属組織検出

現場での金属組織検査では、視野全体がフェライト組織で構成されており、パーライト組織は見られず、脱炭層の深さが正常部よりも明らかに深いことが判明しました。

（３）欠陥箇所のサンプリング：鋼塊表面のひどい亀裂のある部分をサンプリングし、その位置を図４に示す。

図4 鋼塊の表面亀裂

採取したサンプルに対して高倍率の金属組織検査を実施したところ、図5のようになりました。マークされた部分はフェライト組織です。定規で測ると、図6に示すように、亀裂付近のフェライト組織（図5の明るい点の領域）の深さは9～10mm、幅は約10mmです。

図5 マークされた部分はフェライト構造である

図6 フェライト構造の深さ

図7と図8の2枚の写真を比較すると、亀裂の両側のフェライト組織領域の大きさが明らかに異なっており、図5（赤線）でマークされた領域（フェライト組織）を除いて、その他はパーライト組織であることがわかります。 。サンプルの金属組織学では、フェライト領域の粒径は6〜10レベルです。鋼塊の表面にあるフェライト組織の明点深さを再検出し、10〜12mmに研磨してパーライト組織を検出します。

図7 亀裂箇所における微細構造の変化

図8 フェライト構造

電子顕微鏡分析

亀裂の右側（下部の黒線でマーク）を破砕した後、図9に示すように、破断面の顕微鏡的形態が検出されます。図9から、パーライト組織領域とフェライト組織領域の金属光沢が明らかに異なることがわかります。図10に示すように、破断位置の電子顕微鏡検査を実施します。

図9 亀裂の形態

図10 骨折位置検出

破砕写真では、図 10a に石のような破砕形態が疑われることが示されています。図 10b では、パーライト領域の破砕部に劈開構造は見られませんが、破砕部には不動態化の兆候が見られます。

分析

1) 鋼塊表面に横割れが顕著な側では、現場組織検査により計5点（正常位置2点、割れ位置3点）が検出されました。正常位置2点はすべてパーライト組織、割れ位置3点はすべてフェライト組織であることがわかり、鋼塊表面の横割れが存在する部分の表層はフェライト組織であることがわかりました。

2) サンプルの破面は脆性破面ではない劈開構造を示しており、フェライトとパーライトの両方の領域に過熱の兆候が見られます。

3) 金属組織学的検査で亀裂部に見られる酸化スケールは、鋼塊の表面組織に問題があり、粗化処理中に流動性が悪くなったために生じたものと考えられます。その後の伸張処理中に、酸化スケールの一部が亀裂部に押し込まれる可能性があります。

結論  

鋼塊表面の横割れ領域には10mmの深さのフェライト組織があり、高温鍛造性能が悪く、表面に密な横割れが形成されています。主な原因は、鋼塊とバーナーの対応位置と炉の局所雰囲気との間に一定の関係があるためです。鋼塊の位置を標準化し、炉内雰囲気の均一性を定期的にテストする必要があります。