1、16D0I:10.11973/lhjyy-w1202309005试验技术与方法PTCA(PARTAPHYS.TEST.)2023年第59 卷91理化检验-物理分册锻钢冷轧辊涡流检测技术张大伟，罗昌，王文明（宝钢轧辊科技有限责任公司，常州2 1 30 1 9）摘要：利用涡流探伤仪测试轧辊时，发现个别轧辊产品在经过正常热处理后、投入轧制使用前存在涡流软点信号。采用硬度测试、化学成分分析、金相检验、残余应力测试等方法对该类涡流软点信号进行精确定位，并对试样的使用效果进行跟踪。结果表明：涡流软点信号的产生与淬火过程中的工件表面残余应力分布不均有关。该类信号会在轧辊使用初期的几个周期内迅速降低，不会对轧
2、辊的使用造成不利影响。关键词：锻钢冷轧辊；涡流检测；残余应力中图分类号：TB31；T G 1 1 5.2 8文献标志码：A文章编号：1 0 0 1-40 1 2(2 0 2 3)0 9-0 0 1 6-0 3Eddy current testing technology of forged steel cold rollZHANG Dawei,LUO Chang,WANG Wenming(Baosteel Roll Science&Technology Co.,Ltd.,Changzhou 213019,China)Abstract:When the eddy current flaw det
3、ector was used to test the roll,it was found that there were eddycurrent soft spot signals in some roll products after normal heat treatment and before it was put into rolling use.Hardness test,chemical composition analysis,metallographic examination and residual stress test were used toaccurately l
4、ocate the eddy current soft spot signal,and the effect of the sample was tracked.The results show thatthe generation of eddy current soft spot signal was related to the uneven distribution of residual stress on the surfaceof the workpiece during quenching.This kind of signal would be rapidly reduced
5、 in the first few cycles of roll use,and would not adversely affect the use of the roll.Keywords:forged steel cold roll;eddy current testing;residual stress涡流检测是建立在电磁感应原理基础上的一种无损检测方法，通过检测工件内感应电流的变化情况，可以得到材料的电导率、磁导率、形状、尺寸等参数的变化情况，以发现工件中的缺陷。涡流检测的优点有：不与被检件接触、无耦合介质、检测快速等，且涡流检测更易实现在线检测，有利于对产品进行质量追溯及过程控制，
6、在一定程度上可避免人为引起的误差。锻钢冷轧辊涡流检测技术多采用探头式(放置式)线圈进行自比式检测，即比较同一被检工件的不同部分。工件几何参数的变化较小，对线圈阻抗的影响较小，若被检部位存在裂纹，线圈会感应出急剧变化的信号，从而达到检测目的。收稿日期：2 0 2 2-1 0-1 9作者简介：张大伟（1 9 8 6 一），男，工程师，主要从事锻钢冷轧辊研发、生产使用过程技术研究工作，笔者对不同规格的试样进行涡流检测，采用硬度测试、化学成分分析、金相检验、残余应力测试等方法对不同涡流信号位置进行分析，并对锻钢冷轧辊中涡流检测技术的应用进行探讨，研究结果可为科学试验、工业生产提供可靠的数据支撑。1试验
7、材料与方法1.1试验材料选取3个不同规格试样，同时进行锻造、球化退火、调质及淬火处理，试样1 3的规格(直径长度)分别为400 mmX 1 500 mm,550 mm X1 600 mm,550 mm X1800mm,Cr元素的质量分数分别为3%,5%，6%。1.2试验方法采用不同的火工艺对试样1 3进行磨削处理，使试样表面粗糙度0.8 m。采用涡流探伤仪对试样进行涡流检测，标定涡流信号点，对信号点进行17张大伟钢冷轧辊涡流检测技术理化检验-物理分册硬度测试、化学成分分析、金相检验、残余应力测试。2试验结果试样1 3的涡流检测结果如图1 所示，其中红色区域为涡流超标信号。试样1 3的计算信号区
8、面积分别为45,8 6,6 7 cma)试样1b)试样2c)试样3图1试样1 3的涡流检测结果2.1硬度测试标记出涡流信号所在的试样表面位置，采用里氏硬度计对试样1 3信号区及正常区进行硬度测试，结果如表1 所示。由表1 可知：试样1 3均存在涡流软点信号区，且涡流信号区均存在硬度偏高现象。2.2化学成分分析采用直读光谱仪对试样1 3信号区及正常区进行化学成分分析，结果如表2 示。由表2 可知：试样1 3不同区域的化学成分均相差不大，说明涡流信号的产生与试样的化学成分无明显关系表1试样1 3信号区及正常区的硬度测试结果HLD测试位置实测值平均值信号区864870 875866873869.6试
9、样1正常区864862866866863864.2信号区868 866867 875875870.2试样2正常区859862868863861862.6信号区878875872868866871.8试样3正常区857862866865865863.0表2试样1 3信号区及正常区的化学成分分析结果%质量分数测试位置CSiMnCrMoNiVPS信号区0.850.420.313.020.250.620.010.020.01试样1正常区0.860.420.303.020.320.660.010.020.01信号区0.850.610.414.950.200.310.140.020.01试样2正常区0.8
10、50.600.405.000.250.350.150.020.01信号区0.890.910.455.880.410.100.150.020.01试样3正常区0.880.900.455.930.420.100.150.020.012.3金相检验采用光学显微镜对试样1 3信号区及正常区进行显微组织观察，结果如图2 所示。试样1 3信号区及正常区的晶粒度评定结果如表3所示。由图2和表3可知：试样1 3各区域显微组织均为正常的回火隐晶马氏体十点、粒状碳化物十少量残余奥氏体，且信号区与正常区的晶粒度无明显差异。表3试样1 3信号区及正常区的晶粒度评定结果级试样编号信号区正常区试样19.510.0试样29
11、.810.4试样310.510.22.4残余应力测试采用应力测试仪对试样1 3信号区及正常区进行表面残余应力测试，结果如表4所示。由表4可知：试样1 3各部位均为压应力状态，即钢中晶面间距随压应力的增大而减小，信号区的应力高于正常区域，说明信号区晶面间距减小的程度更加明显，进而使材料的电导率升高。涡流检测是在工件中产生涡电流的过程，因此，可以建立涡流与应力的对应关系。说明材料电导率的分布与涡流信号存在相关性，涡流检测技术可以评估残余应力的大小118张大伟轧涡流检测技术理化检验-物理分册20um20uma）试样1 信号区b）试样1 正常区20m20umc）试样2 信号区d）试样2 正常区20m2
12、0ume)试样3信号区f)试样3正常区图2试样1 3信号区及正常区的显微组织形貌表4试样1 3信号区及正常区的残余应力测试结果MPa方向残余应力y面剪切应力测试位置实测值偏差实测值偏差信号区81015一918试样1正常区-80013一712信号区一9 2 520-716试样2正常区-8692926信号区-98622718试样3正常区-90521一9233综合分析轧辊涡流检测信号受到材料残余应力的影响，结合实际生产中的工艺过程可以判断：表面淬火过程中感应线圈电流磁场转变过程会导致局部区域出现加热充分、碳化物溶解、奥氏体化充分等现象，使材料表面晶粒尺寸变大、表面硬度增加。目前试样1 3均已完成了1
13、 0 个以上的轧制周期，使用过程中未发生任何影响轧制板面的异常现象，且在试样使用过程中，涡流信号随轧辊直径的增大而迅速降低（见图3）。说明该类涡流信号主要分布在轧辊近表面，与表面淬火应力的分布有高度的对应性，进一步证实了轧辊涡流检测信号与材料的残余应力有关。0.70.6一一试样3一试样2 一试样10.50.4软0.30.20.100.20.40.60.81.01.21.4轧辊直径/mm图3涡流软点值与轧辊直径的关系4结论及建议轧制前的轧辊涡流信号为淬火过程中的工件表面残余应力分布不均所致，且随工件合金含量的增加，其残余应力差值逐渐增大。该类涡流信号不会造成任何轧辊使用异常，且涡流信号在使用初期
14、的58 个周期内会迅速降低至较低水平。目前，锻钢冷轧辊并无行业统一的涡流检测控制标准，因此，在锻钢冷轧辊使用维护过程中，各轧（下转第2 6 页）26（上接第1 8 页）尹亚精轧螺纹钢筋断裂原因理化检验-物理分册集中，说明钢筋的断裂与应力腐蚀有关。应力腐蚀是指某种金属在应力和特定的腐蚀条件下产生脆性断裂的现象，应力和腐蚀环境相互作用，促进了裂纹的生成和扩展3。在钢筋混凝土结构中，混凝土呈强碱性，钢筋表面形成一层致密的钝化膜，使钢筋处于不被腐蚀的钝化状态。钝化膜一旦遭到破坏，钢筋就会处于脱钝状态，在足够水和氧气的条件下，会发生电化学反应，导致钢筋被腐蚀。在预应力结构的工作过程中，预应力钢筋始终处于
15、高应力状态，高应力状态会提高钢筋的腐蚀活性和腐蚀速率，并与腐蚀耦合形成应力腐蚀4结合预应力螺纹钢筋的使用情况可知，该预张力系统固定端钢筋提前固定在混凝土中，待混凝土达到设计强度后对其进行张拉和灌浆作业。根据现场施工记录可知，钢筋固定与张拉和灌浆相隔时间大于2 8 d，部分甚至达到6 个月。钢筋固定后在预应力管道中也未对其采取保护措施，空气中的水气与雨水进入预应力管道，与氧气共同作用，导致钢筋表面腐蚀并形成腐蚀坑，随着腐蚀坑的不断扩大，相邻的腐蚀坑会相互交错形成更深、更大的点腐蚀，当点腐蚀扩展到临界尺寸时，就会转变成裂纹。张拉锚固后，钢筋的对中性难以控制，张拉端锚垫板后方附近钢筋内部除受了拉应力
16、外还会存在一定的剪切应力，在拉应力和剪切应力的共同作用下，钢筋螺纹根部腐蚀坑处等应力集中位置发生了应力腐蚀开裂5-6 ，腐蚀裂纹向钢筋内部扩展到一定深度，最终导致钢筋断裂。线应该根据不同轧制工况、现场检测设备的型号特点，制定不同的管控要求。3结论与建议钢筋近表面处的组织为回火马氏体，对应力腐蚀较为敏感，且钢筋在安装后未采取有效保护措施，导致表面出现腐蚀坑。此外，对中性不良使钢筋在张拉后受到额外的剪切应力，在拉应力和剪切应力的共同作用下，裂纹在钢筋螺纹根部腐蚀坑处萌生并扩展，最终导致钢筋断裂。预应力钢筋应在安装后规定时间内及时完成张拉和灌浆作业，以防止钢筋腐蚀，且在张拉前需采取有效的防腐蚀保护措
17、施。施工过程中应严格控制钢筋的对中性。在生产制造时采取适当的工艺，避免产生应力集中。参考文献：1张莹，林春来，陶然，等.预应力混凝土用螺纹钢筋失效分析J.热加工工艺，2 0 1 7，46（1 0）：2 59-2 6 1.2冯紫萱，冯文博.HRB400热轧带肋钢筋冷弯断裂原因分析J.理化检验（物理分册），2 0 1 8，54（1 1）：8 53-856.3孙跃，胡津.金属腐蚀与控制M.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2 0 0 3.4朱万旭，李明霞，付委.港珠澳大桥桥墩拼接用大直径螺纹钢筋应力腐蚀断裂试验研究J.公路，2 0 2 0，6 5(10):112-117.5杨晓，王真钟，张先锋，等.7 A85铝合金承载构件断裂原因J.理化检验（物理分册），2 0 2 2，58（1 0）：6 1-6 3.6陆慧.船用柴油机螺柱断裂原因.理化检验（物理分册），2 0 2 2,58(1 2)：55-57.测中的应用J.仪器仪表学报，2 0 1 0，31（7）：1 58 8-1593.参考文献：1周德强，田贵云，王海涛，等.脉冲涡流技术在应力检
