炉辊_托辊式连续炉炉辊断裂分析

2022-05-13 16:54:24 jssfyjht 14

      托辊式连续炉是一种实现工件在炉内连续输送的热处理炉,炉辊是连续炉的重要组成部件,此次断裂的炉辊用于昆山某客户,已经连续正常稳定工作了两年多,但日前在使用中发生断裂。下托辊工作时所处的环境比较复杂,既有高温的影响,又受摩擦,和承受工件重力等因素对托辊辊身的作用,各因素之间还存在一定的相互联系,因此我公司对托辊装置的实际运行情况,对断裂托辊进行分析,旨在能找出造成断裂的真 正原因,从而制定合理的有 效措施防止托辊的断裂。

1、外观检查

1.1外观检查

托辊从中间处断裂为2段,托辊工作区域有较为严重的磨损,有明显的鼓包和凹坑,非工作区域辊面形状无明显变化。

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1.2辊面尺寸检查

    通过对工作区域发生变形的辊面测量得出,变形处直径为108.24mm,未变形区域为104.11mm,由此可以看出炉辊在高温下发生了膨胀变形。

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1.3辊面断裂口检查

      断口形貌真实的反应了断裂过程中材料抵抗外力的能力,记录了对材料断裂起决定作用的的主裂缝所留下的痕迹,通过肉眼观察的断口形貌如下图所示,断面不平整,红线圈示部分为断口的断裂源区,有明显氧化现象。

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2、断裂原因分析

      2.1材质分析

      根据客户图纸要求,托辊采用SCH24材料。从断裂托辊的端面和断口处取样,采用光谱分析发分别对托辊的端部和断裂部位取样进行材料元素含量检测。实测数据如下表所示:

材料

名称

C

P

S

Cr

Ni

Mn

Mo

Si

SCH24

0.35~0.75

≤0.045

≤0.030

24~28

33~37

≤2

<0.5

≤2

新托辊

0.357

0.0325

0.0022

24.7

33.29

1.03

0.048

1.24


合格

合格

合格

合格

合格

合格

合格

合格

旧托辊1

1.58

0.0415

0.0045

24.8

33.36

0.761

0.038

1.43


偏高

合格

合格

合格

合格

合格

合格

合格

      通过分析结果对比发现,旧托辊的材质除碳元素以外其余元素均合格,碳元素在不锈钢中对组织的影响主要表现在两方面,一方面碳是稳定奥氏体的元素,并且作用的程度很大(约为镍的30倍),另一方面由于碳和铬的亲和力很大,与铬形成—系列复杂的碳化物。所以,一定含量的碳能增加托辊的强度,同时也会增加钢的冷脆性和失效敏 感性,所以当碳含量超过标准范围后,托辊容易发生断裂。

      为了分析托辊碳含量增加的原因,我们将样块研磨2mm以后,做了第 二次分析,结果碳含量降到了0.753,由此可以得出,受热处理工艺的影响,托辊表面渗碳,冷脆性增加,是导致断裂的原因之一。

旧托辊

0.753

0.0254

0.0041

24.8

33.86

0.756

0.037

1.56

2.2拉伸实验分析

    从断裂辊身称重部位取样,进行拉伸实验取得数据与新炉辊拉伸实验数据对比,旧托辊经过两年多的使用,抗拉强度下降。


抗拉强度MPA

断后延伸率A%

新托辊

431

3

旧托辊

87.5

0

3、结论及改进措施

      通过观察托辊实际断裂面的情况,结合断面组织分析,元素分析,拉伸实验检测可以看出,托辊在两年多的使用中受热处理工艺的影响,表面渗碳,冷脆性增 大,同时在高温情况下连续使用磨损变形,部分区域发生明显鼓包,导致托辊抗拉强度下降,当转动至高点时单点承重,随着应力循环次数的增加,托辊自身的疲劳强度不断下降,导致托辊突然断裂。

      对此,建议客户加强设备的点检和维护保养,尤其是使用时间超过24个月的托辊,重 点检查托辊与工件接触区域,发现托辊辊身变形、鼓包的情况及时更换。