35CrMoA圆钢棒纵裂原因分析

刘 贺 马 雷 周 巍

(中国第一重型机械股份公司理化检测中心，黑龙江161042)

一批直径约为20 mm(原材料牌号为35CrMoA)圆钢棒经热处理工序后，发现其中10支钢棒因毛坯表面有纵向裂纹而报废。为查找断裂原因，对开裂圆钢棒取样进行检测分析。

1 理化检验

1.1 废品件实物及宏观断口观察

观察10支有表面纵向裂纹缺陷的圆钢棒，其表面裂纹均较平直，并几乎贯穿钢棒，两侧无分支，见图1(a)。从圆钢棒端面看，裂纹在沿纵向扩展的同时，又以垂直表面的方向直线向内扩展到接近圆心，见图1(b)。经测量，圆钢棒长度约为150 mm，直径约为20 mm；为方便检测，将开裂试棒依次标号为B1、B2、B3…B10。

将圆钢棒横向锯切数片，然后沿裂纹剖开，观察裂纹面的宏观断口形态，发现其裂纹面上已有较厚的高温氧化层，有的区域氧化层已脱落掉。表明该圆棒的裂纹面形成后经历了高温热处理过程。

1.2 化学成分分析及力学性能试验

在圆钢原材料上取样分别进行化学成分分析及力学性能试验，其结果见表1和表2。

从表1和表2中可以看出，本次抽检圆钢原材料的化学成分、力学性能指标均满足35CrMoA钢的国家标准要求。

1.3 开裂试棒化学成分光谱分析

将10根开裂试棒进行化学成分光谱分析，检测结果见表3。

由表3可见，10根试棒中元素Mo含量均少于0.02%，不满足GBT 3077—2015标准中对35CrMoA钢中Mo元素含量的要求，反而满足GBT 3077—2015标准中对40Cr钢中Mo元素含量的要求。

(a)圆钢棒表面(b)圆钢棒横截面

图1 圆钢棒纵向裂纹形貌Figure 1 Longitudinal crack morphology of round steel bar

表2 圆钢原材料力学试验结果Table 2 Mechanical properties test results of round steel raw materials

1.4 微观断口观察

将裂纹面断口样放在扫描电镜下观察发现：其裂纹面上已有厚厚的高温氧化层，有的区域氧化层已脱落掉，并已将原裂纹面形貌细节覆盖，见图2。验证了宏观断口观察结果，即该圆棒的裂纹面形成后经历了高温热处理。

表3 化学成分光谱分析结果(质量分数，%)Table 3 Spectral analysis of chemical composition (mass fraction，%)

(a)9×(b)600×

图2 裂纹面断口样扫描电镜形貌Figure 2 Morphology of facture polished sample of crack surface by SEM

图3 裂纹面断口抛光样浸蚀前形貌
Figure 3 Morphology of facture polished sample of crack surface before etching

图4 裂纹面断口抛光样浸蚀后组织形貌(500×)
Figure 4 Microstructure of facture sample of crack surface after etching(500×)

1.5 金相检测

在上述开裂圆棒上依次取样进行金相检测与分析，在光学显微镜下进行样品浸蚀前的抛光面观察，发现在裂纹中有高温氧化产物，见图3。对样品浸蚀后观察，结果在裂纹两侧均发现有明显的脱碳现象[1]，见图4，进一步观察圆棒的基体组织均为回火索氏体+少量贝氏体回火组织，见图5，表明开裂圆棒已经历了调质热处理工序。

2 讨论与分析

综合上述检测分析结果后认为，首先确认开裂圆钢棒材料与标注的牌号不符；该批圆钢棒件表面纵向裂纹缺陷的性质为应力裂纹，产生在调质热处理工序前。

化学成分分析结果表明，本次开裂的10根试棒实际材料牌号应为40Cr，与抽检的圆钢原材料35CrMoA明显不符。

圆钢棒表面上的纵向裂纹均较平直[2]，并贯穿钢棒，从圆钢棒端面看：裂纹在沿纵向扩展的同时，又以垂直表面的方向直线向内扩展到接近圆心，符合应力裂纹形态特征，其缺陷性质应属于应力裂纹，其裂纹源应产生在圆钢棒件表面。

观察裂纹面的宏观断口形态，发现其裂纹面上已有较厚的高温氧化层，有的区域氧化层已脱落掉，表明该圆棒的裂纹面形成后经历了高温热处理过程，扫描电镜观察证实了这一点。

金相检测分析表明，其裂纹两侧均发现有明显的脱碳现象，进一步验证了断口扫描电镜观察结果，即该圆棒的裂纹形成后经历了高温热处理过程。该圆棒的基体组织均为回火索氏体+少量贝氏体回火组织[3]，表明该圆棒的热处理状态为调质热处理态。

3 模拟实验

为验证开裂试棒是否经历了淬火热处理工序，对此进行了模拟热处理实验。取两个圆棒采用钼丝切割，从外表面到心部切割出一条缝隙(预置裂纹)，将切割后试样进行模拟热处理实验。经860℃保温2 h处理的试样存在明显脱碳，

见图6(a)，经550℃保温4 h处理的试样未发生脱碳，见图6(b)。

(a)860℃×2 h(b)550℃×4 h

图6 模拟热处理后裂纹两侧形貌(50×)
Figure 6 Morphology on both sides of the crack after simulated heat treatment(50×)

模拟实验结果表明，裂纹只有经历了高温热处理，即淬火热处理工序，裂纹两侧才有脱碳现象；裂纹经历回火热处理工序，裂纹两侧无脱碳现象。此实验进一步验证了金相检测结果。

3 结论

(1)圆钢棒表面纵向裂纹缺陷的性质为应力裂纹，产生在调质热处理工序前，其裂纹源产生在圆钢表面。

(2)开裂的10支圆钢棒件的化学成分值不满足35CrMoA钢的国家标准，反而满足40Cr钢的国家标准，使用材料错误。