1.Was ist der Mechanismus, durch den Einschlüsse Risse in kaltgewalzten Coils verursachen?
Der Kernmechanismus, durch den Einschlüsse Risse verursachen, ist die Unterbrechung der Matrixkontinuität, die zu einer Quelle von Spannungskonzentrationen wird.
Spannungskonzentration: Die Plastizität nicht-metallischer Einschlüsse (wie Oxide, Sulfide, Silikate usw.) ist im Allgemeinen viel geringer als die der Stahlmatrix. Beim Kaltwalzen oder anschließenden Prägen treten an der Grenzfläche zwischen Einschluss und Matrix extrem hohe Spannungskonzentrationen auf.
Entstehung von Mikrorissen: Wenn die Spannung die Grenzflächenbindungsstärke übersteigt, bricht der Einschluss selbst oder löst sich von der Matrix ab, wodurch Mikrorisse entstehen.
Rissausbreitung: Unter kontinuierlicher äußerer Kraft breiten sich diese Mikrorisse aus und verbinden sich. Insbesondere wenn Einschlüsse in einem ketten- oder bandförmigen Muster verteilt sind, breiten sich Risse schnell entlang des Einschlussaggregationsbereichs aus und führen schließlich zu makroskopischen Rissen.
2.Welche Beispiele aus der Praxis zeigen, dass Einschlüsse dazu führen können, dass kalt{{2}gewalzte Coils reißen oder brechen?
Kaltwalzbandbruch: Statistiken von Xinjiang Baosteel zu Bandbruchunfällen in seinen Kaltwalzwerken zeigen, dass Rohstoffprobleme (hauptsächlich Einschlüsse) für 88,6 % aller Brüche verantwortlich waren. Die elektronenmikroskopische Analyse ergab, dass die Zusammensetzung der Einschlüsse an der Bruchfläche der des Gussflussmittels im Kristallisator ähnelte, was bestätigte, dass der Bruch durch Schlackeneinschlüsse während des Stranggussprozesses verursacht wurde.
Kantenschäden: Das kaltgewalzte SPHC-Grundmaterial eines Stahlwerks wies Kantenschäden auf. Untersuchungen ergaben, dass die Ursache ein hoher Gehalt an Einschlüssen vom Typ B (Al₂O₃) im Stahl war, der vor dem Walzen zu Mikrorissen an der Brammenkante führte. Diese Risse rissen und weiteten sich nach dem groben Walzen aus.
Delaminationsrisse beim Stanzen: Eine Automobilfabrik meldete Delaminationsrisse in kalt-gewalzten verzinkten Blechen nach dem Stanzen. Zu den Hauptursachen zählten Schlackeneinschlüsse und subkutane Einschlüsse. Diese Defekte wurden unter Stempelbeanspruchung zu Rissansatzpunkten.
Sprödbruch beim Biegen und Aufwickeln: Bei einem kaltgewalzten Blech kam es beim Biegen und Aufwickeln zu Sprödbrüchen, mit einer sauberen Bruchfläche und ohne plastische Verformung. Die Analyse zeigt, dass die Ursache das Vorhandensein einer großen Anzahl von Mg-Si-Einschlüssen und einer bandförmigen Entmischung im Inneren ist, die die Kornkontinuität unterbricht und zum Ausgangspunkt des Bruchs wird.
3.Welche Arten von Einschlüssen haben den größten Einfluss auf das Rissrisiko?
Spröde Einschlüsse (z. B. Al₂O₃, TiN): Diese Einschlüsse sind hart und weisen eine geringe Plastizität auf, sodass sie sich beim Walzen nur schwer verformen lassen. Sie brechen leicht und bilden kettenartige Verteilungen, wodurch die Matrix schwer beschädigt wird. Studien haben bestätigt, dass ein hoher Gehalt an Al₂O₃-Einschlüssen eine direkte Ursache für Kantenrisse in Brammen ist.
Große Verbundeinschlüsse (z. B. Schlackeneinschlüsse): Hierbei handelt es sich um schützende Schlacken, die beim Stranggießen eingeschlossen werden. Sie haben eine komplexe Zusammensetzung (enthalten Ca, Na, K usw.), sind normalerweise groß und unregelmäßig geformt und weisen eine äußerst schlechte Bindung an die Matrix auf, was eine erhebliche Gefahr darstellt.
Verformbare Einschlüsse (z. B. MnS): Obwohl sich MnS bei der Warmumformung verformt und ausdehnt, verringert es bei zu großer Größe oder Bildung eines Netzwerks die Querplastizität des Stahls erheblich, was zu Kantenrissen beim Walzen führt.
Kombinierte Defekte von Blasen und Einschlüssen: Wenn Blasen auf der Oberfläche des Stahlbarrens beim Walzen platzen und sich gleichzeitig an Einschlüssen festsetzen, bilden sie einen Schälfehler, der bei der anschließenden Verarbeitung äußerst anfällig für Delaminierung und Rissbildung ist.
4. Welcher Zusammenhang besteht zwischen dem Rissrisiko und der Größe und Verteilung der Einschlüsse?
Größeneffekt: Generell gilt: Je größer die Einschlussgröße, desto höher das Risiko einer Rissbildung. Große Einschlüsse sind makroskopische Defekte, die die Matrix direkt schädigen. Studien haben gezeigt, dass sogar mikrometergroße (1~10 μm) kugelförmige Einschlüsse, wenn sie sich in Spannungskonzentrationsbereichen (z. B. unter der Oberfläche) befinden, zu Ermüdungsrissen führen können.
Verteilungsmorphologie: Die Verteilungsmorphologie von Einschlüssen ist wichtiger als ihre absolute Anzahl. Ein einzelner, isolierter, kleiner Einschluss ist relativ weniger schädlich. Wenn Einschlüsse jedoch in Ketten, Bändern oder Clustern verteilt sind, bilden sie eine schwache Oberfläche, entlang der sich Risse leicht ausbreiten, was zu Delamination oder Sprödbruch führt.
5.Wie lassen sich durch Einschlüsse verursachte Risse erkennen und verhindern?
Erkennungsmethoden:
Zerstörungsfreie Online--Prüfung: Mithilfe eines automatisierten Systems zur Erkennung von Oberflächenfehlern (z. B. Parsytec) können Einschlüsse, Kratzer und andere Fehler auf der Bandoberfläche in Echtzeit auf kontinuierlichen Glüh- und Beizlinien erkannt werden und zeitnahe Warnungen liefern.
Offline-mikroskopische Analyse: Bei vermuteten Einschlüssen werden Rasterelektronenmikroskopie und energiedispersive Spektroskopie zur mikroskopischen Morphologiebeobachtung und Zusammensetzungsanalyse eingesetzt. Dies ist die zuverlässigste Methode zur Bestimmung der Art und Quelle von Einschlüssen.
Vorbeugende Maßnahmen (während des gesamten Stahlherstellungs--Walzprozesses):
Stahlerzeugung und Stranggusskontrolle:
Verbessern Sie die Genauigkeit der Flüssigkeitsstandkontrolle im Kristallisator, um übermäßige Schwankungen des Flüssigkeitsstands zu vermeiden, die zum Einschluss von Schutzschlacke führen könnten.
Optimieren Sie die Parameter der Taucheintrittsdüse, um das Strömungsfeld im Kristallisator zu verbessern und den Schlackeneinschluss zu reduzieren.
Verstärken Sie die Pfannenraffinierung, um die Flotation und Entfernung von Einschlüssen zu fördern.
Rechnungsqualitätskontrolle:
Führen Sie Oberflächen- und Innenqualitätsprüfungen an stranggegossenen Knüppeln durch. Rohlinge mit Mängeln werden fertig bearbeitet oder entsorgt.