Phân tích nguyên nhân gây bong tróc bề mặt lô cán trong quá trình cán nguội song song

Các cuộn cán nguội là một thành phần quan trọng quy mô lớn của đơn vị cán nguội song song. Quy trình sản xuất của nó tương đối phức tạp và môi trường làm việc khắc nghiệt. Nó phải chịu ma sát, ứng suất nhiệt, va đập và các ứng suất khác. Trong quá trình sử dụng, nó có thể bị gãy, bong tróc, mòn, v.v. và sau đó hỏng. , làm tăng chi phí vật tư tiêu hao và ảnh hưởng đến sản xuất, gây ra tổn thất kinh tế. Trong quá trình sản xuất cán thông thường của dây chuyền sản xuất thép không gỉ của một công ty, bề mặt của trục cán nguội liên tục đột nhiên bị bong ra, gây ra sự cố và ngừng hoạt động, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sản xuất bình thường. Bài viết này lấy mẫu bong tróc của trục cán nguội song song làm đối tượng phân tích. Thông qua các phương pháp thử nghiệm vật lý và hóa học như gãy vỡ vĩ mô, đo thành phần quang phổ, độ cứng, cấu trúc kim loại và kính hiển vi điện tử quét, kết hợp với các điều kiện sử dụng hàng ngày, nguyên nhân gây bong tróc bề mặt trục cán được phân tích và thảo luận.

Kết quả kiểm tra lý hóa và quan sát vết nứt của khối bóc

Tiến hành phân tích hình thái vĩ mô của các khối bóc cuộn (xem Hình 1). Có các đặc điểm gãy mỏi điển hình trên khối bóc và các đường gờ rõ ràng có thể được quan sát thấy ở khu vực vòng tròn trung tâm, đây là một đặc điểm quan trọng của vùng giãn nở mỏi. Tâm của đường vỏ là nguồn mỏi, đây là khu vực bắt đầu của các vết nứt mỏi. Có thể thấy rằng nguồn mỏi nằm bên trong cuộn chứ không phải trên bề mặt; khu vực vòng ngoài chiếm diện tích lớn nhất và hình thái vĩ mô là hướng tâm, đây là vùng gãy tức thời. Trong trường hợp hỏng vật liệu kết cấu và các bộ phận cơ khí, hư hỏng mỏi khác với hư hỏng do tải tĩnh. Hầu hết chúng xảy ra mà không có cảnh báo và trong những trường hợp bất ngờ. Không có dấu hiệu rõ ràng nào xuất hiện trước khi hỏng và hư hỏng rất nghiêm trọng.

Sử dụng kính hiển vi điện tử quét để quan sát khu vực nguồn mỏi, người ta thấy có các tạp chất dạng hạt có đường kính khoảng 50 μm. Kết quả EDS cho thấy nó chứa Ca, K, O, Mg, Al, Si và các nguyên tố khác (xem Hình 2) và là tạp chất hỗn hợp oxit hạt lớn.

Thành phần hóa học: Cắt mẫu từ khối đã bóc để phân tích thành phần quang phổ. Vật liệu cán là 8Cr3NiMoV. Kết quả thử nghiệm được thể hiện trong Bảng 1. Ngoại trừ nguyên tố Cr thấp hơn một chút so với giới hạn dưới, các thành phần khác đều nằm trong phạm vi của tiêu chuẩn GB/T1299-2014. Máy thử độ cứng Rockwell đã được sử dụng để kiểm tra độ cứng của khối đã bóc. Giá trị độ cứng (HRC) đạt 64,5 và mỗi vị trí trên mẫu tương đối đồng đều, đáp ứng các yêu cầu của tiêu chuẩn.

Quan sát kim loại học

Máy cắt dây được sử dụng để cắt các mẫu kim loại học tại nguồn mỏi. Sau khi đo, nguồn mỏi cách bề mặt cuộn khoảng 8mm. Sau khi chuẩn bị mẫu và đánh bóng, kính hiển vi kim loại học ZEISSImager.A1m, kính hiển vi điện tử quét ZEISSEVO18 và các thiết bị khác được sử dụng để quan sát và phân tích. Người ta thấy rằng có nhiều vết nứt hình rễ trong khối đã bóc (xem Hình 3). Các vết nứt bắt nguồn từ nguồn mỏi bên trong và mở rộng ra bề mặt cuộn.

Hình 3 Các vết nứt bên trong khối đã bóc

Quan sát toàn diện mẫu cho thấy có nhiều tạp chất lớn trong khối đã bóc (xem Hình 4a), với kích thước lên tới 90 μm và các tạp chất này vượt quá tiêu chuẩn nghiêm trọng. Sử dụng phân tích phổ năng lượng kính hiển vi điện tử quét (xem Hình 4b), các tạp chất hạt lớn chủ yếu là O và Al, với một lượng nhỏ Mg, S, Ca, Mn và Fe. Có thể suy ra rằng chúng là tạp chất hỗn hợp với Al2O3 là thành phần chính. Nguyên nhân có thể là do kiểm soát lỏng lẻo quá trình nấu chảy khi sản xuất cuộn.

2. Phân tích và thảo luận

Quá trình tạo ra vết nứt

Từ phân tích hình thái vĩ mô, có thể suy ra rằng sự cố bong tróc cuộn bắt nguồn từ nguồn mỏi bên trong. Sau đó, dưới ứng suất liên tục ứng suất tuần hoàn trong quá trình vận hành, các vết nứt dần dần mở rộng thành các đường gờ. Các vết nứt mỏi mở rộng đến một mức độ nhất định, dẫn đến cường độ không đủ và không thể chịu được lực bên ngoài trong quá trình cán. Cuối cùng, một vùng kết thúc được hình thành và bề mặt của cuộn bị bong ra. Trong quá trình vận hành cuộn, ứng suất cắt kết hợp tối đa do tải trọng của máy cán và lực nén cục bộ của lô tại điểm tiếp xúc nằm ở một khu vực nhỏ bên dưới bề mặt lô. Quá trình chuẩn bị trước khi lô được sản xuất và sử dụng sẽ tạo ra ứng suất dư. Đồng thời, mặc dù nhiệt độ gia công cán nguội thấp, nhiệt độ của lô và dải cũng sẽ tăng lên dưới tác động của ma sát, dẫn đến ứng suất nhiệt. Nếu dải bị đứt, rung, chồng chéo, trượt, v.v. xảy ra trong quá trình cán, bề mặt lô sẽ phải chịu nhiệt quá tải cục bộ và ứng suất va đập. Vì tạp chất phi kim loại tồn tại trong thép dưới dạng hỗn hợp cơ học và tính chất của chúng rất khác so với thép, chúng phá hủy tính đồng nhất và tính liên tục của ma trận thép và gây ra sự tập trung ứng suất ở đó, trở thành nguồn gây mỏi. Ngoài ra, trong quá trình gia nhiệt, hệ số giãn nở tuyến tính của tạp chất phi kim loại và ma trận khác nhau, tạo ra một trường ứng suất bổ sung trong ma trận gần tạp chất. Trong điều kiện ứng suất phức tạp như vậy, nếu có tạp chất phi kim loại trong lớp bề mặt, đặc biệt là tạp chất giòn, thì tạp chất hình cầu trước tiên sẽ bong ra khỏi ma trận ở hai cực của ứng suất cực đại, tạo thành các vết nứt vi mô chính. Trước khi vết nứt lan truyền nhanh chóng, giao diện giữa ma trận thép và tạp chất dần tách ra khỏi ma trận và tạo thành một kênh nứt. Khi số chu kỳ ứng suất tăng lên, các vết nứt vi mô dần mở rộng ra ngoài dọc theo ma trận rách vỏ của bi. Khi kích thước tổng thể của vết nứt vượt quá kích thước tới hạn mà con lăn có thể chịu được, vết nứt mỏi sẽ bước vào giai đoạn giãn nở không ổn định và bề mặt con lăn cuối cùng sẽ bong ra do gãy tức thời. Quá trình bong tróc bề mặt con lăn đã trải qua một số quá trình: bắt đầu nứt do tạp chất → lan truyền vết nứt → bong tróc.

Ảnh hưởng của tạp chất đến tính chất mỏi

Ảnh hưởng của tạp chất đến tuổi thọ mỏi của phôi liên quan đến bản chất, kích thước, số lượng và sự phân bố của tạp chất. Nhìn chung, tạp chất dạng khối hoặc hình cầu cứng và giòn có liên kết kém với nền và không biến dạng, chẳng hạn như TiN, Al2O3, v.v., có hại hơn tạp chất dẻo và kéo dài. Khi có số lượng tạp chất lớn, chúng tập trung và phân bố, hoặc chúng nằm trên bề mặt của chi tiết hoặc trong vùng chịu ứng suất cao, chúng sẽ có tác động nghiêm trọng nhất đến tuổi thọ mỏi. Đồng thời, ảnh hưởng của tạp chất đến các tính chất mỏi cũng phụ thuộc vào cấu trúc và tính chất của nền. Các thí nghiệm đã chỉ ra rằng độ bền mỏi của thép mềm có ít mối quan hệ với tạp chất. Khi độ bền của thép tăng lên, tác động có hại của tạp chất ngày càng trở nên nghiêm trọng. nghiêm trọng. Trong các vật liệu kim loại có độ cứng và độ bền cao, ảnh hưởng của tạp chất đến độ bền mỏi đã trở thành một vấn đề nổi cộm. Theo dữ liệu nghiên cứu có liên quan, tuổi thọ mỏi rất nhạy cảm với kích thước của tạp chất. Giảm kích thước của tạp chất có thể cải thiện đáng kể tuổi thọ mỏi. Đối với các phôi có độ cứng cao, cường độ cao, kích thước tới hạn của tạp chất bề mặt là 8 đến 10 μm, giảm khi độ cứng tăng và tăng khi độ sâu tăng. Nếu tạp chất nhỏ hơn kích thước tới hạn, có thể tránh được gãy mỏi do tạp chất gây ra và hiệu suất mỏi sẽ tốt hơn; khi tạp chất lớn hơn kích thước tới hạn, khi kích thước tạp chất tăng, độ bền mỏi và tuổi thọ mỏi của thép giảm mạnh. Theo tài liệu, đối với thép cường độ cao, nếu kích thước tạp chất giảm 1/3, tuổi thọ mỏi sẽ được kéo dài gấp 10 lần và nếu kích thước tạp chất giảm khoảng một nửa, tuổi thọ mỏi sẽ được kéo dài gấp 100 lần. Đồng thời, nếu kích thước tạp chất giảm một nửa, độ bền mỏi có thể tăng từ 1,12 đến 1,15 lần. Tóm lại, cuộn chịu tác động của ứng suất phức tạp trong quá trình sử dụng, gây ra các nguồn nứt mỏi tại các tạp chất lớn. Khi ứng suất thay đổi liên tục, các vết nứt mỏi sẽ mở rộng và tạo ra các vết nứt thứ cấp, hình thành trên bề mặt gãy. Các dải mỏi và các dải xuyên tâm. Khi kích thước tổng thể của vết nứt vượt quá kích thước tới hạn, vết nứt mỏi sẽ bước vào giai đoạn giãn nở không ổn định và cuối cùng cuộn sẽ hỏng do gãy và bong tróc tức thời.

Phần kết luận

(1) Sự bong tróc bề mặt của quá trình cán nguội song song cuộn công việc là do gãy mỏi do các tạp chất cứng và giòn giống Al2O3 có kích thước lớn gần bề mặt.

(2) Tăng cường phát hiện các cuộn. Kiểm tra siêu âm có thể phát hiện các khuyết tật bên trong, và các hạt từ tính và dòng điện xoáy có thể phát hiện các khuyết tật bề mặt. Các phương pháp khác nhau hoặc kết hợp được sử dụng theo tình hình để đảm bảo chất lượng của các cuộn.

(3) Xây dựng hệ thống sử dụng và bảo dưỡng lô khoa học, hợp lý để đảm bảo làm mát, bôi trơn trong quá trình sử dụng và chống quá nhiệt.