400B磨球钢矫直断裂原因分析

董凤奎　何健楠　王银国

(广东韶关钢铁有限公司)



400B磨球钢矫直断裂原因分析

董凤奎何健楠王银国

(广东韶关钢铁有限公司)

采用宏观及微观断口分析、化学成分分析和金相检验等方法，对400B磨球钢在矫直过程中发生断裂的原因进行了分析。结果表明：造成该磨球钢矫直断裂的原因是过热使其心部晶粒粗大并且产生了严重的针状、网状渗碳体，在矫直应力的作用下钢材从心部过热组织处起裂，裂纹向四周迅速扩展最终导致断裂。

磨球钢矫直断裂魏氏组织过热

0　前言

矫直是对金属塑性加工产品的形状缺陷进行的矫正，是重要的精整工序之一。轧材在轧制过程或在以后的冷却和运输过程中经常会产生种种形状缺陷，诸如棒材、型材和管材的弯曲，板带材的弯曲、波浪、瓢曲等。通过各种矫直工序可使弯曲等缺陷在外力作用下得以消除，使产品达到合格的状态。

某公司在对其试生产的400B磨球钢进行矫直时，出现严重的钢材断裂现象，为了查明此次矫直断裂产生的原因，对断裂的400B磨球钢进行了宏观及微观断口分析、化学成分分析和金相检验。通过以上手段，查明了400B磨球钢矫直断裂产生原因，为制定改进措施，杜绝400B磨球钢矫直断裂问题的再现，提供了依据。

1　理化检验

1.1宏观断口分析

从400B磨球钢矫直断裂部位取样，观察其宏观形貌。宏观断口表面平坦，断口由裂纹源和放射区组成，放射线较为明显且指向中心裂纹源处，断口四周无明显塑性变形，属于脆性断裂断口，如图1所示。

图1　断裂试样的宏观形貌

1.2微观断口分析

由于试样污染严重，断口上有大量污染物，经超声波清洗后，使用EVO18型扫描电子显微镜观察断口微观形貌。裂纹源处未发现明显的非金属夹杂物，微观形貌为沿晶断裂+解理断裂，如图2所示。放射区微观形貌为解理断裂,部分位置能看到珠光体片层[1]，如图3所示。

图2　裂纹源微观形貌

图3放射区微观形貌

1.3化学成分分析

在断裂的钢材上取样，使用德国QSN750-Ⅱ型直读光谱仪分析其化学成分，化学成分的分析结果见表1。

表1　化学成分(质量分数) 　/%

从表1可知，断裂试样的各元素含量符合400B磨球钢质量设计中对化学成分的要求。

1.4金相分析

从裂纹源处垂直于轧制面截取横向试样,试样经研磨和抛光后,经4%硝酸酒精溶液浸蚀，使用莱卡显微镜对断裂试样的显微组织进行观察，观察发现：裂纹源处的晶粒粗大，晶界上有封闭的粗大网状渗碳体，并有针状渗碳体向晶内生长，属于过共析钢魏氏组织，如图4所示；放射区的晶粒相对较小，组织为片状珠光体+细网状渗碳体，如图5所示。

(a) 100倍下显微组织

(b) 500倍下显微组织

(a) 100倍下显微组织

(b) 500倍下显微组织

2　分析与讨论

裂纹源处未发现明显的非金属夹杂物可知，400B磨球钢矫直断裂不是由于非金属夹杂物造成的。

魏氏组织是针状铁素体或渗碳体呈方向性地分布在珠光体上的显微组织[2]，魏氏组织中的先共析渗碳体针严重降低钢的塑韧性和强度，尤其会增加钢的脆性。本试样裂纹源处存在严重的魏氏组织使钢变脆，并且裂纹源处的晶粒粗大，晶界上又有封闭的粗大网状渗碳体，更是进一步增加了钢的脆性，使其矫直时容易在矫直应力的作用下从中心处起裂，最终导致钢材脆断。

魏氏组织通常是由于加热温度过高或冷却速度过快所致。断裂试样裂纹源处的晶粒粗大，表明此试样的魏氏组织是由于过热[3]产生的。为此应注重加热工艺的制定，严格控制加热温度和保温时间，对已产生过热的钢材可采用多次正火或退火来消除。

3　结论

(1) 矫直断裂的主要原因是钢材过热使其心部晶粒粗大，并且产生严重的针状、网状渗碳体。

(2) 为了防止矫直断裂，应注重加热工艺的制定，严格控制加热温度和保温时间。

[1]姜锡山，赵晗．钢铁显微断口速查手册[M]．北京: 机械工业出版社．2010：44.

[2]黄振东．钢铁金相图谱[M]．北京：中国科技文化出版社．2005：560.

[3]上海市金属学会．金属材料缺陷金相图谱[M]．上海: 上海科学技术出版社．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

联系人：董凤奎，金属材料助理工程师，广东.韶关 (512123),广东省韶关市曲江区韶钢特钢；