Strukturalne przyczyny mechanizmów wadliwego zużywania się żeliwnych walców hutniczych

• Autorzy: Krawczyk J.

Warianty tytułu

EN

Structural reasons for the wear mechanisms leading to defects in cast iron mill rolls

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W niniejszej pracy omówiono, jakie wady mikrostruktury żeliw połowicznych mogą mieć decydujący wpływ na problemy eksploatacyjne wykonanych z nich walców hutniczych. Rolę mikrostruktury w mechanizmie zużywania się żeliwnych walców hutniczych przedstawiono na przykładzie 6 zużytych żeliwnych walców hutniczych. Spośród badanych walców 4 zostały wycofane z eksploatacji jeszcze przed osiągnięciem tzw. średnicy martwej wskutek wystąpienia na ich powierzchni wykruszeń. Wyniki badań wskazują na duży udział cementytu ledeburytycznego w "samoregeneracji" powierzchni walca zachodzącej wskutek wykruszania się i działania jako ścierniwo dużych cząstek cementytu ledeburytycznego. Taki mechanizm zużywania się badanych walców powoduje, że nie obserwujemy oddziaływania smarującego grafitu. Wydzielenia grafitu stykające się z powierzchnią roboczą walca, nie rozsmarowując się po tej powierzchni, ale ulegają zużyciu ciernemu intensywniej niż otaczająca je osnowa. Incydentalnie można zaobserwować przechwytywanie pęknięć zmęczeniowych przez wydzielenia grafitu. Oprócz pękania wzdłuż wydzieleń cementytu ledeburytycznego, widoczne są także pęknięcia propagujące wzdłuż granic pierwotnych ziarn austenitu. Obok ww. pęknięć zmęczeniowych występują także (choć sporadycznie) pęknięcia powstałe w wyniku korozji naprężeniowej. Na podstawie analizy uzyskanych w niniejszej pracy wyników badań można stwierdzić, że: • Występowanie kruchych, grubych wydzieleń cementytu ledeburytycznego wpływa na "samoregenerację" powierzchni walca, silnie ograniczając lub nawet eliminując takie zjawiska, jak: - tworzenie się białej warstwy, - odkształcenie plastyczne warstwy wierzchniej, - działanie smarujące grafitu. • Podstawowymi drogami propagacji pęknięć zmęczeniowych są ciągłe wydzielenia cementytu ledeburytycznego obok granic ziarn pierwotnego austenitu. • Złuszczaniu się powierzchni żeliwnych walców hutniczych sprzyja duży udział w ich mikrostrukturze cementytu ledeburytycznego wydzielonego w postaci pasm prostopadłych do powierzchni roboczej i tworzących ciągłą siatkę. • Złuszczaniu się powierzchni żeliwnych walców hutniczych sprzyja duży udział w osnowie bainitu górnego mało odpornego na rozprzestrzenianie się pęknięć. • Po osiągnięciu przez pęknięcie głębokości, na której występują w walcu podczas walcowania blachy największe naprężenia ścinające, zaczynają się one rozprzestrzeniać mechanizmem zmęczeniowym, równolegle do powierzchni roboczej walca. • Bardzo wysoka twardość, dająca dużą odporność na ścieranie nie sprzyja "samoregeneracji" żeliwnych walców hutniczych. • Intensywność ścierania się warstwy wierzchniej walca powinna być taka, aby pozwolić na usunięcie warstewki materiału, w której utworzyły się w wyniku przeginania walca mikropęknięcia. • Problem złuszczania się fragmentów żeliwnych walców hutniczych można znacząco ograniczyć przez zmianę morfologii cementytu ledeburytycznego, np. na drodze obróbki cieplnej.

EN

This work concerns the influence of the defects of the structure of mottled cast iron on the main exploitation problems of mill rolls made of such cast iron. The role of the microstructure in wear mechanism of rolls made of cast iron is described on the example of 6 worn rolls. The exploitation of 4 of investigated rolls was stopped before they reached so called "dead diameter" due to spalling of their surfaces. The results of the research showed a significant role of lede-buritic cementite in "self-restoration" of the surface of the roll caused by spallation of large particle of ledeburitic cementite acting as abrasive material. This mechanism of wear of investigated rolls causes a significant decrease of lubricating role of graphite. Precipitations of graphite being in contact with working surface of rolls do not lubricate them, but undergo more intense wear than surrounding alloy matrix. Moreover, an interception of fatigue cracks by graphite precipitations can be noticed very seldom. In spite of cracking along precipitates of ledeburitic cementite, the cracks propagating along former austenite grains can also be noticed. Sporadically, the cracks caused by stress corrosion are revealed, too. Basing on the results of this work the following conclusions can be drawn: • Presence of brittle, coarse precipitates of ledeburitic cementite influences "self-restoration" of roll surface, what restricts or even eliminates the following phenomena: - creation of a white layer, - plastic deformation of the surface layer, - lubricating performance of graphite. • Base paths of fatigue cracks propagation are continuous precipitates of ledeburitic cementite existing near the grain boundaries of former austenite. • Scaling of the surface of metallurgical rolls is favored by a great content of ledeburitic cementite in their structure, precipitated in a form of bands, perpendicular to the roll working surface and forming continuous net. • Great volume fraction of higher bainite, not resistant to crack propagation favors scaling of the rolls surface. • After the crack reaches the depth, on which the greatest shear stresses exist in the roll (for example during sheet rolling), these cracks start to propagate due to the fatigue mechanism, parallel to the working surface of roll. • Very high hardness, giving great wear resistance, does not favor "self-restoration" of cast iron rolls. • Intensity of wear of the surface of roll should allow removal of the surface layer, in which micro-cracks were formed due to bending of the roll. • The problem of scaling of the areas of cast iron rolls can be significantly reduced by changing the morphology of ledeburitic cementite, what ca be achieved by properly designed heat treatment.

Słowa kluczowe

PL

żeliwo; walec hutniczy; zużycie; tribologia

EN

cast iron; mili roll; wear; tribology

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2007
• Tom: nr 2
• Strony: 353--366
• Opis fizyczny: Bibliogr. 28 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Krawczyk J.

• Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej, AL Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

Bibliografia

• 1. Pacyna J. i inni: Dobór nowych optymalnych tworzyw walców odpornych na ścieranie i posiadających dużą wytrzymałość mechaniczną dla poszczególnych asortymentów wyrobów Walcowni Dużej, AGH, prace Wydziału Metalurgii i Inżynierii Materiałowej, Kraków 1999.
• 2. Pacyna J., Krawczyk J., Kokoszą A.: Struktura i własności walców staliwnych - Kierunki rozwoju, Konferencja Naukowo-Techniczna Huty Buczek SA. pt. "Kierunki rozwoju produkcji walców", Wisła-Malinka, 21-23 II 2001, 169-fl77.
• 3. Pacyna J., Krawczyk J., Kokoszą A., Szczygieł A., Latała D.: Mechanizm zużywania się staliwnych walców bruzdowych, Konferencja Naukowo-Techniczna Huty Buczek S.A. pt. "Kierunki rozwoju produkcji walców", Wisła-Malinka, 21-23 II 2001, 148-157.
• 4. Pacyna J., Szczygieł A., Latała D.: Badania eksploatacyjne walców staliwnych stosowanych do walcowania szyn kolejowych, Politechnika Częstochowska, Metalurgia, 23 (2002) 18-22.
• 5. Krawczyk J., Grysak P., Szczygieł A., Latała D.: Mechanizm zużywania się walca hutniczego wykonanego ze staliwa adamitowego, XXXIII Szkoła Inżynierii Materiałowej, Kraków-Ustroń, 4-7 X 2005, 129-136.
• 6. Stradomski Z., Pirek A., Stachura S., Chmielowiec P.: The affect of the amount of primary carbides on the wear resistance of the G200CrMoNi4-6-3 (L200HNM) cast steel, Inżynieria Materiałowa 140, nr 3 (2004) 20-23.
• 7. Krawczyk J., Pacyna J.: The role of transformed ledeburite in high temperature tribology on the example of adamite rolls, proceedings of the eleventh international scientific conference Contemporary Achievements in Mechanics, Manufacturing and Materials Science, 6th - 9th December 2005, Gliwice-Zakopane, 535-540.
• 8. Pacyna J., Kokosza A., Krawczyk J., Szczygieł A., Latała D.: Mechanizm zużywania się żeliwnych walców bruzdowych, Konferencja Naukowo-Techniczna Huty Buczek S.A. p.t. "Kierunki rozwoju produkcji walców", Wisła-Malinka, 21-23 II 2001, 157-169.
• 9. Pirek A., Stradomski Z.: Analiza mechanizmu pękania staliwa narzędziowego, XXXIII Szkoła Inżynierii Materiałowej, Kraków-Ustroń, 4-7 X, 2005, 117-120.
• 10. Stachura S., Borek T., Jańczyk J.: Badanie staliwa wysokowęglowego, stopowego na walce hutnicze, Zeszyty Naukowe AGH nr 1163, Metalurgia i Odlewnictwo, z. 111, 1987, 203-214.
• 11. Głownia J.: Rola segregacji w procesie pękania walców staliwnych, Zeszyty Naukowe AGH nr 1163, Metalurgia i Odlewnictwo, z. 111, 1987, 215-223.
• 12. Krawczyk J., Grodowski P.: Wpływ obróbki cieplnej na strukturę oraz własności staliwa L155HNM stosowanego na walce hutnicze, Z. Studenckiego Towarzystwa Naukowego, AGH, Kraków 2003, s. 316-326.
• 13. Krawczyk J., Radwan J.: Wpływ obróbki cieplnej na odporność na pękanie staliwa L200HNM, XXXI Szkoła Inżynierii Materiałowej, Kraków - Krynica, 7-10 X 2003, s. 195-200.
• 14. Krawczyk J., Pacyna J., Kokosza A.: Fracture toughness of cast materials for mill rolls, 6th International Conference for Mesomechanics, Multiscaling in Applied Science and Emerging Technology, Fundamentals and Applications in Mesomechanics, 31 May - 4 June, 2004, Patras, Greece, p. 203-207.
• 15. Krawczyk J., Mikulski G., Rożniata E.: Własności staliwa L200HNM stosowanego na walce hutnicze, AGH, Z. Studenckiego Towarzystwa Naukowego nr 4, Kraków 2004, s. 167-173.
• 16. Krawczyk J., Pacyna J.: Wpływ obróbki cieplnej na strukturę i własności staliw stosowanych na walce hutnicze, Hutnik - Wiadomości Hutnicze, nr 7-8, 2004, s. 370-374.
• 17. Krawczyk J., Rożniata E., Pacyna J.: The influence of hypereutectoid cementite morphology upon fracture toughness of chromium-nickel-molybdenum cast steel of ledeburite class, J. of Materials Processing Technology 162-163(2005) 336-341.
• 18. Krawczyk J., Pacyna J., Kokosza A., Mikulski G., Grodowski P.: Staliwa na walce hutnicze - modyfikacja własności, Politechnika Częstochowska, Metalurgia 45 (2005) 80-87.
• 19. Krawczyk J., Pacyna J., Radwan J., Mikulski G.: Wpływ drogi pękania na własności staliwa G200CrMoNi4-6-3 stosowanego na walce hutnicze, Politechnika Częstochowska, Metalurgia 45 (2005) 94-100.
• 20. Krawczyk J., Pacyna J., Szczygieł A., Latała D.: Rola morfologii ledeburytu przemienionego i cementytu drugorzędowego w tribologii walców hutniczych, XI Konferencja Naukowo-Techniczna, Huta Buczek, Sp. z o.o. "Tendencje i kierunki rozwoju produkcji walców", Ustroń-Jaszowiec, marzec 2006, 53-66.
• 21. Krawczyk J., Pacyna J., Dąbrowski R.: Rola grafitu w tribologii wysokotemperaturowej stopów na osnowie żelaza na przykładzie mechanizmów zużywania się walców hutniczych, Inżynieria Materiałowa 151, nr 3 (2006) 174-177.
• 22. Krawczyk J., Pacyna J.: Effect of tool microstructure on the white layer formation, J. of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering 17(2006) 93-96.
• 23. Pacyna J., Krawczyk J.: Warunki powstawania i własności białej warstwy, Hutnik - Wiadomości Hutnicze 72 (11) (2005) 545-553.
• 24. Pacyna J., Krawczyk J.: Mechanizm powstawania uszkodzeń typu "SQUAT" w szynach kolejowych, XIX Konferencja Naukowo-Techniczna Huty Katowice S.A., listopad 1999, Rogoźnik, s. 126-147.
• 25. Pacyna J., Krawczyk J.: Mechanizm powstawania uszkodzeń typu "HEAD CHECKING" w szynach kolejowych typu UIC 60, XIX Konferencja Naukowo-Techniczna Huty Katowice S.A., listopad 1999, Rogoźnik, s. 148 -164.
• 26. Pacyna J., Krawczyk J.: The wear mechanisms of toughened rails, Metallurgy and Foundry Engineering 27, No. 2 (2001) 229-235.
• 27. Krawczyk J., Pacyna J., Fronczek R., Juszczak K.: Rola mikrostruktury w zużywaniu się żeliwnych walców hutniczych, Konferencja Naukowo-Techniczna, Huta Buczek, Sp. z o. o., styczeń 2007, s. 234-28.
• 28. Pacyna J., Krawczyk J., Zając G.: Nowa technologia obróbki cieplnej żeliwa sferoidalnego chromowo-niklowego, IX Konferencja Naukowo-Techniczna, 120 lat Huty Buczek S.A. "Kierunki rozwoju produkcji walców" Wisła - Malinka 13-15 III 2002, 94-17.