事故背景

安装在粗轧机上的水平辊服役很短时间就发生了开裂，沿径向裂成数块。水平辊材料为球墨铸钢。

理化检验

综合分析

球墨铸钢的化学成分一般属于过共析钢范围，通过对钢液进行适当球化处理，可使铸态组织中获得一定数量的球状石墨及碳化物。

高碳钢的碳含量一般为0.7％~1.2％(质量分数，下同)，碳含量大于1.4％被视为禁区，因材料脆性太大而难以应用。钢中碳含量的增加，会使钢的硬度升高，耐磨性提高。解决禁区问题一般有两种方法:一是将碳化物通过反复热处理细化而形成超塑性材料;二是将部分碳石墨化，使钢中含碳化物的同时也含有石墨(也相当于一种复合材料)。碳化物粒子数量增多，使材料耐磨性提高;石墨具有自润滑作用，可改善钢的切削性。因而，球墨铸钢具有优良的耐磨性能、减震性能和切削性能，以及较高的抗热裂和抗热疲劳性能。

球墨铸钢轧辊的生产工艺一般如图5所示。

图5 球墨铸钢轧辊制造工艺流程图

球墨铸钢的熔炼结合了传统铸钢和球墨铸铁的熔炼技术，待钢液成分和温度符合要求后即可加入合适的球化剂进行球化处理。适中的球化剂颗粒，有利于形成较多的石墨核心，从而得到球化良好且分布均匀的石墨球。后续的热处理(正火或退火)也可以改善石墨球的数量和球化效果。

失效的水平辊材料为球墨铸钢，其化学成分和辊身硬度基本符合标准要求。水平辊的显微组织为细珠光体＋碳化物＋石墨，但组织很不均匀，呈枝晶状分布;石墨数量少，球化效果不佳;枝晶间隙碳化物粗大，呈大块状、长杆状，数量较多;枝晶杆处碳化物细小，但有一部分在晶界上呈断续网状分布。

为了保证球墨铸钢水平辊具有良好的综合力学性能，一般要对其进行热处理。高温扩散退火是轧辊热处理的重要工序之一，通过高温扩散退火，可消除晶内偏析、网状碳化物，使材料成分均匀化。由于球墨铸钢碳含量较高且含有一定量的合金元素，因此晶内偏析、成分偏析较为严重，还有多种形态的碳化物存在，所以高温扩散退火工序极为必要。开裂失效水平辊组织状态不佳，偏析严重，明显没有进行高温扩散退火，说明其热处理工艺存在问题。水平辊的石墨数量少而且球化效果不佳，可见其石墨化工艺控制也存在问题。

不良的组织状态会使水平辊的抗热裂和抗热疲劳能力下降，导致其在服役很短时间后即发生开裂失效。

结论及建议

水平辊在生产过程中存在球化剂选择不合适以及未进行高温扩散退火等问题，导致水平辊组织状态不良，石墨球化效果差，组织偏析严重。不良的组织状态是导致水平辊在服役很短时间后即发生开裂的主要原因。

建议水平辊在生产过程中优化并控制好石墨球化工艺和热处理工艺，以获得良好的组织和性能。