SC480軸承座拉伸試驗(yàn)不合格原因

劉 彬，劉焊坤

（太原重工冶鑄分公司，山西 太原 030024）

軋機(jī)由工作輥、支撐輥、軸承座、油膜軸承等零部件組成，其中軸承座是軋鋼設(shè)備的主要部件。軸承座形狀復(fù)雜、壁厚差距較大、加工精度要求較高、工件質(zhì)量要求較嚴(yán)。軸承座工作過程中承受巨大的周期交變沖擊載荷，要求有很高的機(jī)械強(qiáng)度和高的抗震動(dòng)性能［1］。

1 材料情況

材質(zhì)為SC480的軸承座，毛重14.8 t，輪廓尺寸為1725mm×630mm×1082mm。經(jīng)擴(kuò)散退火、正火+回火后進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，部分工件在拉伸試驗(yàn)時(shí)延伸率δ與斷面收縮率ψ兩項(xiàng)指標(biāo)不合格，見表1。擴(kuò)散退火工藝是860℃～880℃×10h爐冷；正火+回火工藝是880℃～900℃×9 h風(fēng)冷+560℃～580℃×18 h爐冷。為減少因鑄件報(bào)廢帶來的損失，選取拉伸試驗(yàn)不合格工件進(jìn)行分析，以期找出軸承座拉伸試驗(yàn)不合格原因，并提出相應(yīng)預(yù)防措施。

表1 材料試驗(yàn)值

2 試驗(yàn)方法及結(jié)果

根據(jù)試件的拉伸試驗(yàn)情況，抗拉強(qiáng)度及屈服強(qiáng)度都符合標(biāo)準(zhǔn)要求，但延伸率及斷面收縮率都低于標(biāo)準(zhǔn)要求。根據(jù)試驗(yàn)情況對(duì)試棒進(jìn)行化學(xué)成分分析及斷口電鏡掃描，從而分析延伸率及斷面收縮率低于標(biāo)準(zhǔn)要求的原因。

2.1 化學(xué)成分分析

化學(xué)成分分析結(jié)果見表2。

表2 化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

雖然合同標(biāo)準(zhǔn)值沒有對(duì)Al含量進(jìn)行要求，但對(duì)于此鋼種我廠Al含量內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)為：0.015%～0.045%。通過化學(xué)分析，結(jié)果顯示鋁含量偏高。分析Al含量偏高原因?yàn)殇撍睙挷捎梦笰l絲脫氧，達(dá)到脫氧效果的鋁絲形成Al2O3等氧化物并上浮于渣層中，此部分Al通過渣層大部分排出鋼水，然而部分殘余Al絲直接進(jìn)入鋼水中，導(dǎo)致鋼水中Al含量超出內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)值要求。

2.2 宏觀形貌及微觀斷口分析

取不合格拉伸試樣觀察，其斷口齊平、呈銀灰色，具有明顯的金屬光澤和結(jié)晶顆粒，具有脆性斷裂的明顯特征，出現(xiàn)在等軸晶區(qū)的沿晶斷口，光整棱面呈貝殼形，為貝殼狀斷口，見圖1。

圖1 氮化鋁沿晶界大量析出，拉伸試棒斷口呈貝殼狀

將試樣斷口在掃描電鏡下觀察，其微觀形貌有河流花樣、舌狀花樣與撕裂棱等準(zhǔn)解理斷裂特征，并伴有韌窩，微觀斷口形貌顯示沿晶界脆性斷裂特征。見圖2。

3 分析討論

3.1 拉伸試驗(yàn)不合格原因

夾雜物一般對(duì)屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度影響不大，但是，對(duì)與塑性和破斷有關(guān)聯(lián)的性能指標(biāo)（如伸長率、面積收縮率、真實(shí)斷裂強(qiáng)度）的影響比較顯著。通過化學(xué)分析及掃描電鏡分析，試樣中鋁含量偏高，游離態(tài)的Al易與氮形成氮化物夾雜，并富集于晶界處，使鋼中應(yīng)力發(fā)生再分布，引起應(yīng)力集中，同時(shí)為材料的破壞提供了最薄弱部位，導(dǎo)致微裂紋的早期形成，引起脆性斷裂。因此，氮化鋁夾雜物沿晶界分布導(dǎo)致沿晶脆性斷裂是拉伸試驗(yàn)中斷面收縮率及延伸率不合格的原因。

3.2 預(yù)防措施

圖2 沿晶脆性斷口一次晶晶界上分布著不同形態(tài)的氮化鋁析出物

鋼中鋁含量偏高與鋼水冶煉有關(guān)。以往在冶煉時(shí)采用鋁絲脫氧，其殘余的鋁絲為鋼中鋁含量的來源，所采取的預(yù)防措施是控制鋼中鋁及氮含量，以防形成氮化鋁夾雜物在晶界富集而影響其拉伸性能［2］。

為控制冶煉過程中鋼水鋁含量，建議采用Si-Ca脫氧來減少采用喂鋁脫氧而造成的鋁含量增加；為控制鋼水中氮?dú)夂拷ㄗh采用真空脫氣處理來有效控制鋼水中氣體含量。

綜上所述，結(jié)合我廠實(shí)際情況，建議在鋼水冶煉時(shí)采用Si-Ca脫氧（或真空碳脫氧）+少量Al終脫氧法，控制鋁含量。

4 結(jié)論

SC480軸承座拉伸試驗(yàn)不合格原因是由于Al含量偏高生成AlN，并富集于晶界，形成脆性斷口，降低材料韌性。建議在鋼水冶煉時(shí)采用Si-Ca脫氧（或真空碳脫氧）+少量Al終脫氧法，控制鋁含量及氮含量，從而避免形成AlN夾雜物。

［1］葛良水，齊家鳳，黃瓊玲.軋機(jī)軸承座精密加工關(guān)鍵技術(shù)研究［J］.安徽冶金科技職業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2009（04）：11-14.

［2］大型鑄鍛件行業(yè)協(xié)會(huì)，大型鑄鍛件缺陷分析圖譜編委會(huì).大型鑄鍛件缺陷分析圖譜［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1990.