锻钢冷轧工作辊表面缺陷形成原因分析

第47卷第2期2019年4月

Vol. 47 No. 2Apr. 2019

现代冶金

Modern Metallurgy

锻钢冷轧工作辊表面缺陷形成原因分析

王永，韩剑

（宝钢轧辊科技有限责任公司，江苏常州213019 ）

摘要：锻钢冷轧工作辍在制造过程中需进行成品表面超声波探伤检测，某段时间内发现多支工作辍存在表面超声

波探伤缺陷信号；为分析该缺陷的类型和形成原因，采用直读光谱仪、肖氏硬度计、光学显微镜和扫描电镜对缺陷

进行了化学成分、硬度、显微组织的检测，结果显示：这类缺陷是在辍坯冶炼过程中的VD 真空脱气和ESR 电渣重 熔过程中对N 含量的控制不当造成的钢坯中N 元素含量过高所致的孔洞，N 元素在钢坯内扩散聚集形成氮气并 向外扩散时形成了局部孔洞，表面超声波探伤时显示缺陷信号，磁粉检测时显示为点状可见缺陷。

关键词：冷轧工作辍；表面超声波；氮气；电渣重熔中图分类号:TG335. 12；TG333. 17；TF763+. 2

1概述

轧辊是使金属产生塑性变形的工具，冷轧辊是 对带钢（板）进行冷轧使其变形的工具，冷轧辊因其

特殊的工况需求，一般采用锻造合金工具钢制造% 目前，国内、外主流的锻钢冷轧辊材质为5%Cr,即

Cr 含量约5%，此外还含有少量Ni, Mo, V , Mn 等

合金。锻钢冷轧辊的制造流程一般为电弧炉炼钢一 铸造一电渣重熔（ESR ）—锻造一锻后热处理一调

质一车昆身表面感应淬回火一精加工（车+磨）—成品 检测；其中成品检测除进行尺寸、硬度、UT 等常规

检测外，还要进行一种特殊的超声波检测一一表面

超声波检测％

表面超声波是一种瑞利波⑴，这种波只在被测

试件表面传播，探测深度约3 mm,其探测原理如图

1所示％

图1表面超声波探伤原理图

表面超声波探伤是一种灵敏度非常高的检测手

段，可以准确地发现轧辊表面的裂纹、夹杂等缺陷,

在轧辊使用过程中，为避免轧辊带缺陷上机提供了 有力的保障,因此在冷轧辊行业应用非常广泛，使用 价值也得到了认可％

对于轧辊制造商，在对所有轧辊进行成品质 量检测时，表面超声波探伤也是必不可少的检测 项目％ 2017年4-6月份对某一批15支同规格轧 辊进行检测时发现有5支存在缺陷波信号，不合

格率高达33%，轧辊编号为HW360516的产品, 其表面超声波检测波形如图2所示，其他轧辊的 波形类似％

图2表面超声波探伤波形图

为了找出该5支探伤有信号产品的缺陷形成原

因，采用磁粉、金相显微镜对其进行了检测，同时，还

对缺陷位置进行了取样，检测了化学成分和扫描电

镜，以研究形成原因并采取措施避免该问题的再次 发生％

收稿日期：2018-08-23

作者简介：王 永(1985-),男，工程师% E-mail : wangyong285314@baosteel.

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位置经放大400倍观察呈黑色，判断其为孔洞类缺陷。2试验材料与方法

本批次探伤异常的5支轧辊材质均为5%Cr,

是国内某冷连轧机组使用的工作辊，产品规格为

"420mm X4350gg,该工作车昆技术要求为：新车昆

车昆身表面硬度94-97HSD,淬硬层深度"25mm,报

废硬度"90HSD。

针对该类型的缺陷，采用磁粉对缺陷位置进行

了确认和形貌显示，采用斯派克SDR-800型直读光谱仪对该区域和周边区域的化学成分进行了定量分析%采用MEF-4型金相显微镜对显微组织进行了观察，浸蚀剂为4%硝酸酒精%采用JJF-065肖氏硬度计对缺陷区域进行了硬度检测；采用蔡司扫描显微镜对切取的带有缺陷的样品进行了扫描观察和能谱检测％

3结果分析与讨论

3.1宏观形貌和显微组织分析

由于表面超声波只能发现缺陷存在，无法显示缺陷形貌，采用黑油磁悬液在编号为HW360516的工作辊缺陷处进行了辅助检测，检测结果显示，缺陷波处是一处点状缺陷，形貌如图3所示；采用MEF-4型金相显微镜对显微组织进行了观察，组织形貌如图4所示，组织为：回火马氏体+颗粒状碳化物+残余奥氏体，纤维组织为理想的热处理组织，点缺陷

图3缺陷信号处的宏观形貌（磁粉检测）

图4缺陷处金相显微组织（400X）

3.2化学成分和硬度分析

采用斯派克直读光谱仪对编号为HW360516的工作辊缺陷位置和周边无缺陷位置进行了化学成分检测，检测结果如表1所示％参照技术条件中5%C+的成分标准，缺陷位置和正常区域的化学成分并无明显差异且都符合技术条件要求％

表1工作辊缺陷位置和正常区域的化学成分/%

!（C）!（Si）!（Mn）!（P）!（S）w（Cr）!（M o）!（Ni）!（V）正常区域0.860.760.400.0120.002 5.050.400.320.12

缺陷位置0.890.720.500.0140.002 5.120.330.290.14

技术要求0.80-1.000.50-1.000.30-0.50#0.020#0.015 4.50-5.500.20-0.500.20-0.500.10-0.40

采用JJF-065肖氏硬度计对缺陷位置和周边区域做硬度检测，检测结果显示，缺陷位置和周边区域硬度均在95-97HSD,两区域的硬度并无明显差异，也均符合图纸技术条件要求％

3.3扫描电镜分析

为进一步分析HW360516工作辊表面点缺陷的性质，采用线切割的方式切取了带有缺陷的试样，试样尺寸20mm X20mm，如图5所示；采用蔡司扫描电镜对缺陷位置进行了扫描观察，同时对缺陷进行了能谱检测，缺陷扫描照片如图6所示，能谱检测结果如图7所示，能谱成分分析结果如图8所示%从图6中的扫描形貌观察可以发现，宏观形貌显示为点状的缺陷实际是一孔洞类缺陷，孔洞周边及内部未见明显的夹杂和异物存在；孔洞区域的能谱分析显示，该区域的化学成分主要为Fe,Mn,Cr，3等合金元素，元素类型也基本与冶炼的化学成分控制要求基本相同，说明缺陷处并不存在异金属或夹杂类缺陷%

3.4缺陷形成机制分析与预防措施探讨

HW360516

工作辊辊面存在的表面超声波探