1.Vad är mekanismen genom vilken inneslutningar orsakar sprickbildning i kallvalsade-rullar?
Kärnmekanismen genom vilken inneslutningar orsakar sprickbildning är störningen av matriskontinuiteten, som blir en källa till spänningskoncentration.
Spänningskoncentration: Plasticiteten hos icke-metalliska inneslutningar (som oxider, sulfider, silikater, etc.) är i allmänhet mycket lägre än för stålmatrisen. Under kallvalsning eller efterföljande stansning uppstår extremt höga spänningskoncentrationer vid gränsytan mellan inneslutningen och matrisen.
Initiering av mikrosprickor: När spänningen överstiger gränsytans bindningsstyrka, kommer själva inneslutningen att bryta eller lossna från matrisen och bilda mikrosprickor.
Sprickutbredning: Under kontinuerlig yttre kraft kommer dessa mikrosprickor att fortplantas och ansluta. Speciellt när inneslutningar är fördelade i ett-kedjeliknande eller bandformigt mönster, kommer sprickor att spridas snabbt längs inneslutningsaggregationsområdet, vilket så småningom leder till makroskopisk sprickbildning.
2.Vilka är några exempel från verkliga-världen som visar att inneslutningar kan göra att kallvalsade rullar spricker eller går sönder?
Kallvalsbandsbrott: Statistik från Xinjiang Baosteel angående olyckor med bandbrott i dess kallvalsverk visar att råvaruproblem (främst inneslutningar) stod för 88,6 % av alla brott. Elektronmikroskopanalys avslöjade att sammansättningen av inneslutningar vid brottytan liknade den för formflödet i kristallisatorn, vilket bekräftar att brottet orsakades av slagginneslutning under den kontinuerliga gjutprocessen.
Kantskador: Ett stålverks SPHC kallvalsade- basmaterial uppvisade kantskador. Forskning visade att orsaken var ett högt innehåll av typ B (Al₂O₃) inneslutningar i stålet, vilket ledde till mikro-sprickor i plattans kant innan valsning. Dessa sprickor revs sedan och expanderade efter grov valsning.
Stämpling Delaminering Sprickbildning: En bilfabrik rapporterade delamineringssprickor i kall-valsade galvaniserade plåtar efter stämpling. De främsta orsakerna var slagginneslutning och subkutana inneslutningar. Dessa defekter blev sprickinitieringspunkter under stämplingspåkänning.
Böjning och lindning Spröd fraktur: En kall-valsad plåt fick spröd fraktur under böjning och lindning, med en ren brottyta och ingen plastisk deformation. Analys visar att orsaken är närvaron av ett stort antal Mg-Si-inneslutningar och bandad segregation inuti, vilket stör kornkontinuiteten och blir frakturstartpunkten.
3. Vilka typer av inneslutningar har störst inverkan på risken för sprickbildning?
Spröda inneslutningar (t.ex. Al2O3, TiN): Dessa inneslutningar är hårda och har dålig plasticitet, vilket gör dem svåra att deformera under valsning. De bryter lätt och bildar kedjeliknande distributioner-, vilket allvarligt skadar matrisen. Studier har bekräftat att hög Al2O3-inneslutning är en direkt orsak till kantsprickor i plattor.
Stora kompositinneslutningar (t.ex. slagginneslutning): Dessa är skyddsslagg som fångas under kontinuerlig gjutning. De har komplexa sammansättningar (innehållande Ca, Na, K, etc.), är vanligtvis stora i storlek och oregelbundna till formen och har extremt dålig bindning med matrisen, vilket utgör en betydande fara.
Deformerbara inneslutningar (t.ex. MnS): Även om MnS deformeras och sträcker sig under varmbearbetning, om dess storlek är för stor eller om det bildar ett nätverk, kommer det att avsevärt minska stålets tvärgående plasticitet, vilket leder till kantsprickor under valsning.
Kombinerade defekter av bubblor och inneslutningar: När bubblor på stålämnets yta brister under valsning, om de samtidigt fäster vid inneslutningar, bildar de en skalningsdefekt, som är extremt benägen att delaminera och spricka under efterföljande bearbetning.
4.Vilket är förhållandet mellan sprickrisken och storleken och fördelningen av inneslutningar?
Storlekseffekt: Generellt gäller att ju större inneslutningsstorleken är, desto högre är risken för sprickbildning. Stora inneslutningar är makroskopiska defekter som direkt skadar matrisen. Studier har visat att även mikron-stora (1~10μm) sfäriska inneslutningar, om de är placerade i spänningskoncentrationsområden (som t.ex. under ytan), kan bli initiering av utmattningssprickor.
Distributionsmorfologi: Fördelningsmorfologin för inneslutningar är viktigare än deras absoluta antal. En enda, isolerad, liten inkludering är relativt mindre skadlig. Men om inneslutningar är fördelade i kedjor, band eller kluster, bildar de en svag yta längs vilken sprickor lätt fortplantar sig, vilket leder till delaminering eller spröd fraktur.
5.Hur upptäcker och förhindrar man sprickor orsakade av inneslutningar?
Detektionsmetoder:
Online icke-förstörande testning: Genom att använda ett automatiskt system för detektering av ytdefekter (som Parsytec), kan inneslutningar, repor och andra defekter på remsytan upptäckas i realtid- på kontinuerliga glödgnings- och betningslinjer, vilket ger snabba varningar.
Offline mikroskopisk analys: För misstänkta inneslutningar används svepelektronmikroskopi och energidispersiv spektroskopi för mikroskopisk morfologiobservation och sammansättningsanalys. Detta är den mest tillförlitliga metoden för att bestämma arten och källan till inneslutningar.
Förebyggande åtgärder (genom hela ståltillverkningen-valsningsprocessen):
Kontroll av ståltillverkning och kontinuerlig gjutning:
Förbättra vätskenivåkontrollens noggrannhet i kristallisatorn för att undvika alltför stora vätskenivåfluktuationer som kan leda till att skyddsslagg fastnar.
Optimera parametrarna för det nedsänkta inloppsmunstycket för att förbättra flödesfältet i kristallisatorn och minska slagginneslutning.
Stärka skänkens raffinering för att främja flytning och borttagning av inneslutningar.
Fakturans kvalitetskontroll:
Utför yt- och invändiga kvalitetsinspektioner på kontinuerligt gjutna ämnen. Billets med defekter färdigbehandlas eller kasseras.