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

(廣東韶關鋼鐵有限公司)

采用宏觀及微觀斷口分析、化學成分分析和金相檢驗等方法，對400B磨球鋼在矯直過程中發生斷裂的原因進行了分析。結果表明：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生了嚴重的針狀、網狀滲碳體，在矯直應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常會產生種種形狀缺陷，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，使產品達到合格的狀態。

某公司在對其試生產的400B磨球鋼進行矯直時，出現嚴重的鋼材斷裂現象，為了查明此次矯直斷裂產生的原因，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，提供了依據。

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。裂紋源處未發現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放射區微觀形貌

1.3化學成分分析

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成分，化學成分的分析結果見表1。

表1　化學成分(質量分數) 　/%

從表1可知，斷裂試樣的各元素含量符合400B磨球鋼質量設計中對化學成分的要求。

1.4金相分析

從裂紋源處垂直于軋制面截取橫向試樣,試樣經研磨和拋光后,經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，觀察發現：裂紋源處的晶粒粗大，晶界上有封閉的粗大網狀滲碳體，并有針狀滲碳體向晶內生長，屬于過共析鋼魏氏組織，如圖4所示；放射區的晶粒相對較小，組織為片狀珠光體+細網狀滲碳體，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

裂紋源處未發現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力的作用下從中心處起裂，最終導致鋼材脆斷。

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]產生的。為此應注重加熱工藝的制定，嚴格控制加熱溫度和保溫時間，對已產生過熱的鋼材可采用多次正火或退火來消除。

3　結論

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

(2) 為了防止矯直斷裂，應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]上海市金屬學會．金屬材料缺陷金相圖譜[M]．上海: 上海科學技術出版社．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

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