SC480轴承座拉伸试验不合格原因

刘 彬，刘焊坤

（太原重工冶铸分公司，山西 太原 030024）

轧机由工作辊、支撑辊、轴承座、油膜轴承等零部件组成，其中轴承座是轧钢设备的主要部件。轴承座形状复杂、壁厚差距较大、加工精度要求较高、工件质量要求较严。轴承座工作过程中承受巨大的周期交变冲击载荷，要求有很高的机械强度和高的抗震动性能［1］。

1 材料情况

材质为SC480的轴承座，毛重14.8 t，轮廓尺寸为1725mm×630mm×1082mm。经扩散退火、正火+回火后进行力学性能测试，部分工件在拉伸试验时延伸率δ与断面收缩率ψ两项指标不合格，见表1。扩散退火工艺是860℃～880℃×10h炉冷；正火+回火工艺是880℃～900℃×9 h风冷+560℃～580℃×18 h炉冷。为减少因铸件报废带来的损失，选取拉伸试验不合格工件进行分析，以期找出轴承座拉伸试验不合格原因，并提出相应预防措施。

表1 材料试验值

2 试验方法及结果

根据试件的拉伸试验情况，抗拉强度及屈服强度都符合标准要求，但延伸率及断面收缩率都低于标准要求。根据试验情况对试棒进行化学成分分析及断口电镜扫描，从而分析延伸率及断面收缩率低于标准要求的原因。

2.1 化学成分分析

化学成分分析结果见表2。

表2 化学成分（质量分数，%）

虽然合同标准值没有对Al含量进行要求，但对于此钢种我厂Al含量内控标准为：0.015%～0.045%。通过化学分析，结果显示铝含量偏高。分析Al含量偏高原因为钢水冶炼采用喂Al丝脱氧，达到脱氧效果的铝丝形成Al2O3等氧化物并上浮于渣层中，此部分Al通过渣层大部分排出钢水，然而部分残余Al丝直接进入钢水中，导致钢水中Al含量超出内控标准值要求。

2.2 宏观形貌及微观断口分析

取不合格拉伸试样观察，其断口齐平、呈银灰色，具有明显的金属光泽和结晶颗粒，具有脆性断裂的明显特征，出现在等轴晶区的沿晶断口，光整棱面呈贝壳形，为贝壳状断口，见图1。

图1 氮化铝沿晶界大量析出，拉伸试棒断口呈贝壳状

将试样断口在扫描电镜下观察，其微观形貌有河流花样、舌状花样与撕裂棱等准解理断裂特征，并伴有韧窝，微观断口形貌显示沿晶界脆性断裂特征。见图2。

3 分析讨论

3.1 拉伸试验不合格原因

夹杂物一般对屈服强度和抗拉强度影响不大，但是，对与塑性和破断有关联的性能指标（如伸长率、面积收缩率、真实断裂强度）的影响比较显著。通过化学分析及扫描电镜分析，试样中铝含量偏高，游离态的Al易与氮形成氮化物夹杂，并富集于晶界处，使钢中应力发生再分布，引起应力集中，同时为材料的破坏提供了最薄弱部位，导致微裂纹的早期形成，引起脆性断裂。因此，氮化铝夹杂物沿晶界分布导致沿晶脆性断裂是拉伸试验中断面收缩率及延伸率不合格的原因。

3.2 预防措施

图2 沿晶脆性断口一次晶晶界上分布着不同形态的氮化铝析出物

钢中铝含量偏高与钢水冶炼有关。以往在冶炼时采用铝丝脱氧，其残余的铝丝为钢中铝含量的来源，所采取的预防措施是控制钢中铝及氮含量，以防形成氮化铝夹杂物在晶界富集而影响其拉伸性能［2］。

为控制冶炼过程中钢水铝含量，建议采用Si-Ca脱氧来减少采用喂铝脱氧而造成的铝含量增加；为控制钢水中氮气含量建议采用真空脱气处理来有效控制钢水中气体含量。

综上所述，结合我厂实际情况，建议在钢水冶炼时采用Si-Ca脱氧（或真空碳脱氧）+少量Al终脱氧法，控制铝含量。

4 结论

SC480轴承座拉伸试验不合格原因是由于Al含量偏高生成AlN，并富集于晶界，形成脆性断口，降低材料韧性。建议在钢水冶炼时采用Si-Ca脱氧（或真空碳脱氧）+少量Al终脱氧法，控制铝含量及氮含量，从而避免形成AlN夹杂物。

［1］葛良水，齐家凤，黄琼玲.轧机轴承座精密加工关键技术研究［J］.安徽冶金科技职业学院学报，2009（04）：11-14.

［2］大型铸锻件行业协会，大型铸锻件缺陷分析图谱编委会.大型铸锻件缺陷分析图谱［M］.北京：机械工业出版社，1990.