劉 彬，劉焊坤

（太原重工冶鑄分公司，山西 太原 030024）

軋機由工作輥、支撐輥、軸承座、油膜軸承等零部件組成，其中軸承座是軋鋼設備的主要部件。軸承座形狀復雜、壁厚差距較大、加工精度要求較高、工件質量要求較嚴。軸承座工作過程中承受巨大的周期交變沖擊載荷，要求有很高的機械強度和高的抗震動性能［1］。

1 材料情況

材質為SC480的軸承座，毛重14.8 t，輪廓尺寸為1725mm×630mm×1082mm。經(jīng)擴散退火、正火+回火后進行力學性能測試，部分工件在拉伸試驗時延伸率δ與斷面收縮率ψ兩項指標不合格，見表1。擴散退火工藝是860℃～880℃×10h爐冷；正火+回火工藝是880℃～900℃×9 h風冷+560℃～580℃×18 h爐冷。為減少因鑄件報廢帶來的損失，選取拉伸試驗不合格工件進行分析，以期找出軸承座拉伸試驗不合格原因，并提出相應預防措施。

表1 材料試驗值

2 試驗方法及結果

根據(jù)試件的拉伸試驗情況，抗拉強度及屈服強度都符合標準要求，但延伸率及斷面收縮率都低于標準要求。根據(jù)試驗情況對試棒進行化學成分分析及斷口電鏡掃描，從而分析延伸率及斷面收縮率低于標準要求的原因。

2.1 化學成分分析

化學成分分析結果見表2。

表2 化學成分（質量分數(shù)，%）

雖然合同標準值沒有對Al含量進行要求，但對于此鋼種我廠Al含量內控標準為：0.015%～0.045%。通過化學分析，結果顯示鋁含量偏高。分析Al含量偏高原因為鋼水冶煉采用喂Al絲脫氧，達到脫氧效果的鋁絲形成Al2O3等氧化物并上浮于渣層中，此部分Al通過渣層大部分排出鋼水，然而部分殘余Al絲直接進入鋼水中，導致鋼水中Al含量超出內控標準值要求。

2.2 宏觀形貌及微觀斷口分析

取不合格拉伸試樣觀察，其斷口齊平、呈銀灰色，具有明顯的金屬光澤和結晶顆粒，具有脆性斷裂的明顯特征，出現(xiàn)在等軸晶區(qū)的沿晶斷口，光整棱面呈貝殼形，為貝殼狀斷口，見圖1。

圖1 氮化鋁沿晶界大量析出，拉伸試棒斷口呈貝殼狀

將試樣斷口在掃描電鏡下觀察，其微觀形貌有河流花樣、舌狀花樣與撕裂棱等準解理斷裂特征，并伴有韌窩，微觀斷口形貌顯示沿晶界脆性斷裂特征。見圖2。

3 分析討論

3.1 拉伸試驗不合格原因

夾雜物一般對屈服強度和抗拉強度影響不大，但是，對與塑性和破斷有關聯(lián)的性能指標（如伸長率、面積收縮率、真實斷裂強度）的影響比較顯著。通過化學分析及掃描電鏡分析，試樣中鋁含量偏高，游離態(tài)的Al易與氮形成氮化物夾雜，并富集于晶界處，使鋼中應力發(fā)生再分布，引起應力集中，同時為材料的破壞提供了最薄弱部位，導致微裂紋的早期形成，引起脆性斷裂。因此，氮化鋁夾雜物沿晶界分布導致沿晶脆性斷裂是拉伸試驗中斷面收縮率及延伸率不合格的原因。

3.2 預防措施

圖2 沿晶脆性斷口一次晶晶界上分布著不同形態(tài)的氮化鋁析出物

鋼中鋁含量偏高與鋼水冶煉有關。以往在冶煉時采用鋁絲脫氧，其殘余的鋁絲為鋼中鋁含量的來源，所采取的預防措施是控制鋼中鋁及氮含量，以防形成氮化鋁夾雜物在晶界富集而影響其拉伸性能［2］。

為控制冶煉過程中鋼水鋁含量，建議采用Si-Ca脫氧來減少采用喂鋁脫氧而造成的鋁含量增加；為控制鋼水中氮氣含量建議采用真空脫氣處理來有效控制鋼水中氣體含量。

綜上所述，結合我廠實際情況，建議在鋼水冶煉時采用Si-Ca脫氧（或真空碳脫氧）+少量Al終脫氧法，控制鋁含量。

4 結論

SC480軸承座拉伸試驗不合格原因是由于Al含量偏高生成AlN，并富集于晶界，形成脆性斷口，降低材料韌性。建議在鋼水冶煉時采用Si-Ca脫氧（或真空碳脫氧）+少量Al終脫氧法，控制鋁含量及氮含量，從而避免形成AlN夾雜物。

［1］葛良水，齊家鳳，黃瓊玲.軋機軸承座精密加工關鍵技術研究［J］.安徽冶金科技職業(yè)學院學報，2009（04）：11-14.

［2］大型鑄鍛件行業(yè)協(xié)會，大型鑄鍛件缺陷分析圖譜編委會.大型鑄鍛件缺陷分析圖譜［M］.北京：機械工業(yè)出版社，1990.