1.Wat is het mechanisme waardoor insluitsels scheuren veroorzaken in koud-gewalste rollen?
Het kernmechanisme waardoor insluitsels scheuren veroorzaken, is de verstoring van de matrixcontinuïteit, waardoor een bron van spanningsconcentratie wordt.
Spanningsconcentratie: De plasticiteit van niet-metallische insluitsels (zoals oxiden, sulfiden, silicaten, enz.) is over het algemeen veel lager dan die van de staalmatrix. Tijdens koudwalsen of daaropvolgend stampen treden extreem hoge spanningsconcentraties op op het grensvlak tussen de insluiting en de matrix.
Initiatie van microscheuren: Wanneer de spanning de hechtsterkte aan het grensvlak overschrijdt, zal de insluiting zelf breken of loskomen van de matrix, waardoor microscheuren ontstaan.
Voortplanting van scheuren: Onder voortdurende externe kracht zullen deze microscheuren zich voortplanten en verbinden. Vooral wanneer insluitsels worden verspreid in een keten{1}}achtig of gestreept patroon, zullen scheuren zich snel voortplanten langs het aggregatiegebied van de insluitsels, wat uiteindelijk kan leiden tot macroscopische scheuren.
2.Wat zijn enkele praktijkvoorbeelden- die aantonen dat insluitsels ertoe kunnen leiden dat koud-gewalste rollen barsten of breken?
Breuk van koudwalsband: Statistieken van Xinjiang Baosteel over ongevallen met bandbreuk in zijn koudwalserijen tonen aan dat grondstoffenproblemen (voornamelijk insluitsels) verantwoordelijk waren voor 88,6% van alle breuken. Uit elektronenmicroscopieanalyse bleek dat de samenstelling van de insluitsels op het breukoppervlak vergelijkbaar was met die van de malflux in de kristallisator, wat bevestigde dat de breuk werd veroorzaakt door slakvangst tijdens het continue gietproces.
Randschade: Het SPHC koudgewalste basismateriaal van een staalfabriek vertoonde randschade. Uit onderzoek bleek dat de oorzaak een hoog gehalte aan insluitsels van het type B (Al₂O₃) in het staal was, wat leidde tot micro-scheurtjes aan de plaatrand vóór het walsen. Deze scheuren scheurden vervolgens en zetten uit na ruw walsen.
Delaminatiescheuren bij stempelen: Een autofabriek rapporteerde delaminatiescheuren in koud-gewalste gegalvaniseerde platen na het stempelen. De belangrijkste oorzaken waren slakvangst en onderhuidse insluitsels. Deze defecten werden scheurinitiatiepunten onder stempelspanning.
Broze breuk bij buigen en oprollen: Een koud-gewalste plaat ondervond een brosse breuk tijdens het buigen en oprollen, met een schoon breukoppervlak en geen plastische vervorming. Analyse toont aan dat de oorzaak de aanwezigheid is van een groot aantal Mg-Si-insluitsels en bandvormige segregatie binnenin, wat de continuïteit van de korrel verstoort en het beginpunt van de breuk wordt.
3.Welke soorten insluitsels hebben de grootste impact op het risico op scheuren?
Brosse insluitsels (bijv. Al₂O₃, TiN): Deze insluitsels zijn hard en hebben een slechte plasticiteit, waardoor ze tijdens het walsen moeilijk te vervormen zijn. Ze breken gemakkelijk en vormen keten{3}}achtige distributies, waardoor de matrix ernstig wordt beschadigd. Studies hebben bevestigd dat een hoog gehalte aan Al₂O₃-insluitsels een directe oorzaak is van randscheuren in platen.
Grote composietinsluitsels (bijv. slakvangst): Dit zijn beschermende slakken die tijdens het continugieten worden opgevangen. Ze hebben een complexe samenstelling (bevatten Ca, Na, K, enz.), zijn meestal groot van formaat en onregelmatig van vorm, en hebben een extreem slechte binding met de matrix, wat een aanzienlijk gevaar met zich meebrengt.
Vervormbare insluitsels (bijv. MnS): hoewel MnS vervormt en uitzet tijdens heet bewerken, zal het, als de omvang ervan te groot is of een netwerk vormt, de transversale plasticiteit van het staal aanzienlijk verminderen, wat leidt tot randscheuren tijdens het walsen.
Gecombineerde defecten van bellen en insluitsels: wanneer bellen op het oppervlak van de stalen knuppel tijdens het walsen scheuren en zich tegelijkertijd aan insluitsels hechten, vormen ze een afpeldefect, dat uiterst gevoelig is voor delaminatie en barsten tijdens de daaropvolgende verwerking.
4.Wat is de relatie tussen het scheurrisico en de omvang en verspreiding van insluitsels?
Grootte-effect: Hoe groter de insluitgrootte, hoe groter het risico op scheuren. Grote insluitsels zijn macroscopische defecten die de matrix rechtstreeks beschadigen. Studies hebben aangetoond dat zelfs bolvormige insluitsels van micron-grootte (1~10μm), als ze zich in gebieden met spanningsconcentraties (zoals de ondergrond) bevinden, het begin van vermoeiingsscheuren kunnen worden.
Distributiemorfologie: De distributiemorfologie van insluitsels is belangrijker dan hun absolute aantal. Een enkele, geïsoleerde, kleine insluiting is relatief minder schadelijk. Als insluitsels echter in ketens, banden of clusters zijn verdeeld, vormen ze een zwak oppervlak waarlangs scheuren zich gemakkelijk voortplanten, wat leidt tot delaminatie of brosse breuk.
5.Hoe kun je scheuren veroorzaakt door insluitsels detecteren en voorkomen?
Detectiemethoden:
Online niet-destructief testen: met behulp van een geautomatiseerd detectiesysteem voor oppervlaktedefecten (zoals Parsytec) kunnen insluitsels, krassen en andere defecten op het stripoppervlak in realtime- worden gedetecteerd op continue gloei- en beitslijnen, waardoor tijdige waarschuwingen worden gegeven.
Offline microscopische analyse: Voor vermoedelijke insluitsels worden scanning-elektronenmicroscopie en energiedispersieve spectroscopie gebruikt voor microscopische morfologieobservatie en compositieanalyse. Dit is de meest betrouwbare methode om de aard en bron van insluitsels te bepalen.
Preventieve maatregelen (tijdens het gehele staalproductie-walsproces):
Staalproductie en continue gietcontrole:
Verbeter de nauwkeurigheid van de controle van het vloeistofniveau in de kristallisator om overmatige fluctuaties in het vloeistofniveau te voorkomen die zouden kunnen leiden tot het insluiten van beschermende slak.
Optimaliseer de parameters van het ondergedompelde ingangsmondstuk om het stromingsveld in de kristallisator te verbeteren en het invangen van slak te verminderen.
Versterk de pollepelraffinage om de flotatie en verwijdering van insluitsels te bevorderen.
Kwaliteitscontrole van facturen:
Voer oppervlakte- en interne kwaliteitsinspecties uit op continu gegoten knuppels. Knuppels met gebreken worden afgewerkt of weggegooid.