铬钼球墨铸铁轧辊的统计分析.doc

铬钼球墨铸铁轧辊的统计分析刘传博信松涛刘琎摘要通过多元回归分析低铬钼球墨铸铁轧辊的生产数据，结果表明，控制成份可稳定和提高其机械性。关键词化学成份机械性能统计分析STATISTICAL ANALYSIS ON CHEMICAL COMPOSITIONS AND MECHANICAL PROPERTIES OF Cr-Mo SPHERIODIALGRAPHITE CAST IRON ROLLLiu ChuanboSoutheastem UniversityXin SongtaoLai Wu Iron and Steel CompanyLiu JinNanjing Oil Refinery PlantSynopsisIn this paper the production data of low Cr-Mo spheriodial graphite cast iron roll was analyzed by multivariate regression analysis.The results indi cate that the mechanical properties of the roll can be steadily improved by controlling the chemical compositionsKeywordschemical compositionmechanical propertystatistic analysis1前言低铬钼球墨铸铁轧辊是一种常用的热轧机轧辊，其辊径部份采用金属型者称无限冷硬型，以QG表示之。通常辊径尺寸较大，断面组织沿径向方向有所不同，硬度梯度较大，且辊芯部份易球化不良，珠光体粗大，共晶团界偏析出现碳化物等缺陷，从而影响轧辊质量。轧辊在服役期中，由于承受873K以上的温度和100t以上的压力，常发生滚动接触疲劳、麻点、浅层剥落和断辊等失效现象，为了改进QG球铁轧辊的质量，本文借助数量冶金学的学科体系循环规律，进行化学成份，性能等的初步分析以求达到稳定质量和降低成本的目的1。2QG球铁轧辊的生产条件及数据QG球铁轧辊的生产采用本溪生铁，苏钢生铁以及废钢铁为原料，添加铬铁，钼铁等在冲天炉中熔化，铁水浇入浇包中测温后进行球化处理和孕育处理，按底注式浇成55015008201800(mmmm)的轧辊。其铁水化学成份的统计范围如表1所示。表1原铁水的化学成分范围/%CSiMnSPCrMo3.44.11.62.10.60.90.010.10.0950.30.50.1测定数据的试样取自轧辊颈梅花头部份。按标准加工成试样，测定抗拉强度，延伸率及硬度，并用金相显微镜与扫描电镜观察组织。试验数据取自74炉次，其球铁的化学成分范围如表2所示，力学性能范围如表3所示。 表2QG球铁轧辊的化学成份范围/%*CSiMnSPCrMoMg3.353.851.522.240.490.880.0240.1050.0460.1270.320.580.240.590.040.10*浇注温度范围为12501280 表3QG球铁轧辊的力学性能b/MPa5%HRC3504900.41.850613数据的统计处理与分析数据处理时以化学成份为自变量，力学性为因变量，按多元线型回归统计分析进行处理，所建立的多元线型回归模型如下：b=1102.6596-189.6003C%-34.0838Si%+40.8525Mn%-20.42575S%+61.9920P%+83.4822Cr%+130.8059Mo%+210.7985Mg%Q=17967.51S.D=32.51019R=0.49703115%=0.8463+0.1552C%+0.6950Si%-0.4550Mn%-1.0260S%-8.7590P%-0.9056Cr%-3.7572Mo%+11.7504Mg%HRC=1.375677S.D=0.2844683R=0.6739656HRC=339.5785-70.9935C%-31.9687Si%+13.6654Mn%-63.3796S%+62.2258P%+10.5373Cr%+25.8687Mo%+2.5467Mg%Q=133.7818S.D=2.805266R=0.7839578以化学成分中限进行计算，可分别得出力学性能的计算值和各成份变化率对力学性能的影响值。如表4所示，其成分中限值取：3.55%C、1.75%Si、0.75%Mn、0.04%P、0.04%S、0.45%Cr、0.4%Mo、0.05%Mg。按上述回归模型计算的力学性能数为b=502.6632MPa，5=1.3468,HRC=57.4267。 表4成分变化率对力学性能的影响化学成份变化率0.1%C0.19%Si0.1%Mn0.01%S0.01%P0.1%Cr0.1%Mo0.01%Mgb/MPa-18.96-3.408+4.085-0.205+0.574+8.34+13.08+2.1085%+0.0056+0.0695-0.0459-0.051-0.0875-0.0906-0.3735+0.1193HRC+7.099-3.1969+1.366-0.6339+0.6421+1.0536+2.5871+0.0255由上述可以看出，其化学成份中限值的力学性能计算值已较良好，因此稳定质量可考虑把材质成份控制于此值附近，其成份范围及其性能的预测值范围列于表5。 表5化学成份及性能预测范围化学成份范围/%力学性能预测值CSiMnSPCrMoMgb/MPa5%HRC3.53.61.7520.60.70.020.050.30.40.250.30.044664751.121.254556由表中数据来看，若生产能将化学成份数据控制于表格范围附近，就可以获得质量稳定的效果。由于球铁轧辊是采用冲天炉熔化的铁水，该炉操作时严格控制铁水成份有一定的难度，所以实际上得到的化学成份是有偏差的。在生产条件下实例数据如表6所示。 表6模型计算值与生产下的实测值炉号化学成份/%CSiMnSPCrMoMg608043.611.750.840.0560.070.420.260.074621043.551.820.650.0190.0710.410.280.10705043.561.960.640.0210.0750.420.300.061806013.681.850.640.0240.070.500.260.057抗拉强度/MPa延伸率(s)/%HRC计算值实测值差值计算值实测值差值计算值实测值差值480.9480+0.91.08241.08+0.002450.9951-0.01489.02490-0.971.49441.50-0.005652.454-1.6474.55480-5.451.00061.14-0.13951.9956-4.001465.96465+0.961.3671.12+0.24742.9855-12.02由表中可以看出，对化学成份进行控制，如控制于成份中限附近就可以使产品性能趋于稳定和提高，但也可以看出，所建的模型中抗拉强度与实际值符合较好，而硬度的差别较大，从而表明，计算值的波动和与实际值的差别，还有必要从数量冶金学研讨建模的精度问题，使之在预报和控制中更加可靠，以保证产品性能水平稳定，进一步按照学科体系循环规律提高产品性能，成本降低。 4讨论从回归模型分析，在统计样本条件下各自变量的影响趋势与冶金理论和经验是相一致的，C、Si增加时，b和HRC下降，%有所增加。该材料从含碳量来说是属于亚共晶铸铁，若加上Si的影响的碳当量来衡量则在共晶附近，因此C、Si的含量增加(即CE增加)，有促进石墨化，使石墨形态变粗大以及使铁素体含量增加的倾向，从而会使性能变化，这与经验统计模型是相一致的b=(1)/(3)(2750-500CE)。Mn是促进珠光体元素，也有提高淬透性的作用，但过多时会产生偏析，所以在一定范围内，Mn增加使b，HRC增加，%下降。Mo有细化石墨球，提高珠光体含量和固溶强化的作用，是使b、HRC增加，%下降。Cr是碳化物形成素，提高淬透性和促进珠光体细化的元素，也是使b,HRC增加，%下降的元素。Mg是球化元素，但过高时会产生增加成本和夹杂等缺陷。其影响性能的规律性目前研究尚不多，有待进一步探讨。综合分析，关于球铁轧辊的化学成份，以轧辊的使用需要有强韧的配合，其辊颈的硬度稍低于辊面的硬度，则化学成份应能满足于辊颈和辊面的要求，由此，碳可保持在中限，硅也在中限附近，Mn在中限偏下，而铬、钼都可控制在接近下限范围。就材料质量而言，除控制化学成份外，尚需要有良好的金相组织，即轧辊的组织是以珠光体为主要的基体。金相分析表明，统计试样中的珠光体基体+少量铁素体和渗碳体+细小球状石墨，其球化率在70%附近者为优。6210