400B磨球鋼矯直斷裂原因分析

董鳳奎　何健楠　王銀國

(廣東韶關(guān)鋼鐵有限公司)

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400B磨球鋼矯直斷裂原因分析

董鳳奎何健楠王銀國

(廣東韶關(guān)鋼鐵有限公司)

采用宏觀及微觀斷口分析、化學(xué)成分分析和金相檢驗等方法，對400B磨球鋼在矯直過程中發(fā)生斷裂的原因進行了分析。結(jié)果表明：造成該磨球鋼矯直斷裂的原因是過熱使其心部晶粒粗大并且產(chǎn)生了嚴重的針狀、網(wǎng)狀滲碳體，在矯直應(yīng)力的作用下鋼材從心部過熱組織處起裂，裂紋向四周迅速擴展最終導(dǎo)致斷裂。

磨球鋼矯直斷裂魏氏組織過熱

0　前言

矯直是對金屬塑性加工產(chǎn)品的形狀缺陷進行的矯正，是重要的精整工序之一。軋材在軋制過程或在以后的冷卻和運輸過程中經(jīng)常會產(chǎn)生種種形狀缺陷，諸如棒材、型材和管材的彎曲，板帶材的彎曲、波浪、瓢曲等。通過各種矯直工序可使彎曲等缺陷在外力作用下得以消除，使產(chǎn)品達到合格的狀態(tài)。

某公司在對其試生產(chǎn)的400B磨球鋼進行矯直時，出現(xiàn)嚴重的鋼材斷裂現(xiàn)象，為了查明此次矯直斷裂產(chǎn)生的原因，對斷裂的400B磨球鋼進行了宏觀及微觀斷口分析、化學(xué)成分分析和金相檢驗。通過以上手段，查明了400B磨球鋼矯直斷裂產(chǎn)生原因，為制定改進措施，杜絕400B磨球鋼矯直斷裂問題的再現(xiàn)，提供了依據(jù)。

1　理化檢驗

1.1宏觀斷口分析

從400B磨球鋼矯直斷裂部位取樣，觀察其宏觀形貌。宏觀斷口表面平坦，斷口由裂紋源和放射區(qū)組成，放射線較為明顯且指向中心裂紋源處，斷口四周無明顯塑性變形，屬于脆性斷裂斷口，如圖1所示。

圖1　斷裂試樣的宏觀形貌

1.2微觀斷口分析

由于試樣污染嚴重，斷口上有大量污染物，經(jīng)超聲波清洗后，使用EVO18型掃描電子顯微鏡觀察斷口微觀形貌。裂紋源處未發(fā)現(xiàn)明顯的非金屬夾雜物，微觀形貌為沿晶斷裂+解理斷裂，如圖2所示。放射區(qū)微觀形貌為解理斷裂,部分位置能看到珠光體片層[1]，如圖3所示。

圖2　裂紋源微觀形貌

圖3放射區(qū)微觀形貌

1.3化學(xué)成分分析

在斷裂的鋼材上取樣，使用德國QSN750-Ⅱ型直讀光譜儀分析其化學(xué)成分，化學(xué)成分的分析結(jié)果見表1。

表1　化學(xué)成分(質(zhì)量分數(shù)) 　/%

從表1可知，斷裂試樣的各元素含量符合400B磨球鋼質(zhì)量設(shè)計中對化學(xué)成分的要求。

1.4金相分析

從裂紋源處垂直于軋制面截取橫向試樣,試樣經(jīng)研磨和拋光后,經(jīng)4%硝酸酒精溶液浸蝕，使用萊卡顯微鏡對斷裂試樣的顯微組織進行觀察，觀察發(fā)現(xiàn)：裂紋源處的晶粒粗大，晶界上有封閉的粗大網(wǎng)狀滲碳體，并有針狀滲碳體向晶內(nèi)生長，屬于過共析鋼魏氏組織，如圖4所示；放射區(qū)的晶粒相對較小，組織為片狀珠光體+細網(wǎng)狀滲碳體，如圖5所示。

(a) 100倍下顯微組織

(b) 500倍下顯微組織

(a) 100倍下顯微組織

(b) 500倍下顯微組織

2　分析與討論

裂紋源處未發(fā)現(xiàn)明顯的非金屬夾雜物可知，400B磨球鋼矯直斷裂不是由于非金屬夾雜物造成的。

魏氏組織是針狀鐵素體或滲碳體呈方向性地分布在珠光體上的顯微組織[2]，魏氏組織中的先共析滲碳體針嚴重降低鋼的塑韌性和強度，尤其會增加鋼的脆性。本試樣裂紋源處存在嚴重的魏氏組織使鋼變脆，并且裂紋源處的晶粒粗大，晶界上又有封閉的粗大網(wǎng)狀滲碳體，更是進一步增加了鋼的脆性，使其矯直時容易在矯直應(yīng)力的作用下從中心處起裂，最終導(dǎo)致鋼材脆斷。

魏氏組織通常是由于加熱溫度過高或冷卻速度過快所致。斷裂試樣裂紋源處的晶粒粗大，表明此試樣的魏氏組織是由于過熱[3]產(chǎn)生的。為此應(yīng)注重加熱工藝的制定，嚴格控制加熱溫度和保溫時間，對已產(chǎn)生過熱的鋼材可采用多次正火或退火來消除。

3　結(jié)論

(1) 矯直斷裂的主要原因是鋼材過熱使其心部晶粒粗大，并且產(chǎn)生嚴重的針狀、網(wǎng)狀滲碳體。

(2) 為了防止矯直斷裂，應(yīng)注重加熱工藝的制定，嚴格控制加熱溫度和保溫時間。

[1]姜錫山，趙晗．鋼鐵顯微斷口速查手冊[M]．北京: 機械工業(yè)出版社．2010：44.

[2]黃振東．鋼鐵金相圖譜[M]．北京：中國科技文化出版社．2005：560.

[3]上海市金屬學(xué)會．金屬材料缺陷金相圖譜[M]．上海: 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社．1966：192-207.

FAILURE ANALYSIS ON STRAIGHTENING FRACTURE OF 400B GRINDING BALL STEEL

Dong FengkuiHe JiannanWang Yinguo

( Guangdong Shaoguan Iron and Steel Group Co.,Ltd.)

Means such as macro and micro fracture analysis, chemical compositions analysis and metallographic examination are used to analyze the fracture reasons of 400B grinding ball steel during straightening. The results show that the reason for the fracture was attributed to the coarse grains and serious acicular and network cementite at the core of the grinding ball steel which was due to overheating. When the steel received straightening stress, cracks initiated from overheating structure at the core of the grinding ball steel, and the cracks expanded rapidly spread to around and led to fracture eventually.

grinding ball steelstraightening fractureWidmannstatten structureoverheating

2015-12-7

聯(lián)系人：董鳳奎，金屬材料助理工程師，廣東.韶關(guān) (512123),廣東省韶關(guān)市曲江區(qū)韶鋼特鋼；