(中信重工機械股份有限公司計量檢測中心，河南471039)

輥軸材質為40CrMnMoA，凈重36.6t，采用60.5t鋼錠制造，其加工流程：冶煉、澆注→鍛造→鍛后熱處理→粗加工→超聲檢測。輥軸在超聲檢測過程中，在水口端發(fā)現(xiàn)內部存在連續(xù)性的超標缺陷，最大當量?6mm，分布在中心?350mm范圍內，具體的缺陷分布如圖1所示，依據(jù)標準評定為不合格，該輥軸鍛件報廢。為了分析輥軸鍛件產生缺陷的原因，在缺陷最嚴重部位取樣進行缺陷分析，具體取樣位置見圖1方框所示。

圖1 輥軸缺陷位置分布示意圖Figure 1 Position distribution sketch of roll shaft defect

1 理化分析

1.1 低倍試驗

在圖1所示位置分別取斷口試樣和低倍試片進行分析，低倍試片經(jīng)磨制后進行熱酸蝕試驗，在酸洗后放置一定時間進行觀察，試片的中心存在1處裂紋缺陷，裂紋邊緣整齊圓滑，并且在裂紋中存在有非金屬夾雜物，在裂紋附近也存在多處點狀分布的夾渣形貌，初步判斷該缺陷應為夾渣裂紋，另外，未發(fā)現(xiàn)點狀偏析、疏松等其他缺陷。缺陷處局部放大圖見圖2。

1.2 宏觀斷口分析

圖2 缺陷處局部放大圖Figure 2 Local magnification chart of the defect

圖3 缺陷斷口宏觀形貌Figure 3 Macroscopic morphology of fracture defects

圖4 缺陷局部放大形貌Figure 4 Locally amplified morphology of defects

將所取的斷口試樣在缺陷位置的背面開槽壓斷口，打開后的斷口形貌見圖3?？梢钥闯?，低倍下的裂紋面打開后顯示為灰色，在裂紋面的附近還存在多條灰色的缺陷，該缺陷應為夾渣缺陷，斷口的特征為結晶狀斷口。缺陷局部放大形貌見圖4。

表1 試樣的化成成分Table 2 Chemical compositions of sample(mass fraction, %)

圖5 夾雜物形貌Figure 5 Inclusion morphology

1.3 化學分析

在低倍試片上取樣進行化學成分分析，檢測結果見表1。從表1可知，試樣的化成成分符合JB/T 6396—2006要求。C含量雖然偏低，但滿足標準GB/T 222中對鋼成分偏差值的要求，其他元素含量均滿足規(guī)范值，化學成分合格。

1.4 金相分析

在斷口試樣的缺陷位置取樣進行金相分析，試樣經(jīng)磨制、拋光后，在顯微鏡下觀察，發(fā)現(xiàn)試樣的縱截面上存在較多的非金屬夾雜物，夾雜物照片見圖5。經(jīng)4%硝酸酒精溶液浸蝕后觀察，組織為珠光體+鐵素體組織，金相組織正常?；w金相組織照片見圖6。

1.5 電鏡分析

在圖3所示位置取樣，進行掃描電鏡分析。電鏡下的夾渣形貌見圖7。基體的斷裂形貌具有解離斷裂特征，見圖8。對夾渣處進行能譜分析，結果顯示該夾渣的成分主要為Al、Si、Ca等元素，見圖9、圖10。

2 分析與討論

該輥軸鍛件低倍缺陷嚴重，在高倍下能看到大量的非金屬夾雜物存在。對缺陷斷口嚴重處進行掃描電鏡及能譜分析，結果表明缺陷處主要為Al、Si、Ca等元素。由于Al、Si、Ca元素均不是輥軸鍛件40CrMnMoA的主要合金元素，是冶煉過程中加熱擴散脫氧劑(Si-Al-Ca-Ba粉)的主要成分，因此輥軸鍛件缺陷為脫氧產物夾渣[1-2]，夾渣的主要成分為Al、Si、Ca等元素。

圖6 基體金相組織照片F(xiàn)igure 6 Microstructure photograph of matrix

圖7 夾渣處斷口形貌Figure 7 Microstructure of fracture at slag inclusion

圖8 基體正常斷裂形貌Figure 8 Normal fracture morphology of matrix

圖9 能譜分析位置Figure 9 Analysis position of energy spectrum

圖10 能譜分析結果Figure 10 Analysis results of energy spectrum

由夾渣的主要成分、冶煉采用的脫氧方式及缺陷分布的位置綜合判斷，此類夾渣主要是因為冶煉過程中的脫氧產物沒有充分上浮或氧化膜卷入鋼中，在隨后的澆注過程中隨鋼液進入鋼錠中形成的[3-5]；在后期鍛造切除水口的過程中又沒有完全切除，最終造成輥軸鍛件出現(xiàn)嚴重超標缺陷而報廢。

3 結論

該輥軸鍛件超標缺陷為夾渣，夾渣的主要成分為Al、Si、Ca等元素。