45钢裂纹分析

45钢淬火后出现表面裂纹原因分析及对策毛喆;李亚龙;刘建悟;王洲【摘要】针对公司45钢淬火后出现表面裂纹的现象,通过金相组织和热处理后的应力分析,确定制件表面存在脱碳层是导致淬火开裂的主要原因.从产生脱碳的环节进行查找,通过热处理前机加工余量去除的控制,结合热处理加热方式和防氧化的措施,成功解决了这一问题.【期刊名称】《热处理技术与装备》【年(卷),期】2018(039)002【总页数】3页(P58-60)【关键词】表面裂纹;热处理应力;脱碳【作者】毛喆;李亚龙;刘建悟;王洲【作者单位】保定向阳航空精密机械有限公司热表厂,河北保定 071000;保定向阳航空精密机械有限公司热表厂,河北保定 071000;保定向阳航空精密机械有限公司热表厂,河北保定 071000;保定向阳航空机械有限公司理化计量中心,河北保定071000【正文语种】中文【中图分类】TG174.44我公司的45钢制件在淬火后经常出现表面肉眼可见的裂纹，经磁粉探伤后，裂纹显现裂纹深度一度在0.5 mm左右，个别达到1 mm，超出了制件后期的加工余量，导致制件报废。

这类问题主要出现在板材制件上，并且板材厚度在5～15mm范围内都存在。

因此，分析裂纹产生原因及制定相应措施成为了我们思考的问题。

1 制件加工流程简介加工流程为：供料→正火→铣加工板材上下两面→淬火、回火→后续加工。

工序说明：1)材料为热轧退火状态；2)公司没有盐浴炉，正火和淬火均采用箱式电阻炉。

供应板材单边的余量比最终制件的尺寸大1.5 mm左右；3)正火是为了细化晶粒，防止后期淬火产生贯穿性裂纹。

同时提高制件硬度，便于铣加工；4)铣加工要求正火后板材的上下表面各去除1 mm；5)热处理淬火前，制件单面余量有0.5 mm；6)正火和淬火温度都为840±10 ℃，保温时间也相同，正火采用空冷，淬火采用水-油分级淬火。

2 金相组织分析原材料投入生产前，均按GB/T 10561—2005《钢中非金属夹杂物含量的测定》进行了夹杂物分析，均符合要求。

45号钢在加工过程中往往伴随着缺陷的发生，其中裂纹尤为突出。

对试样分析为：
1、抛光态下观察裂纹形貌，裂纹从表面向试样内部扩展，深浅不一，裂纹宽度较宽，尖端较圆钝，裂纹周围没有其它类型夹杂物聚集。

据以上分析，试样表面肉眼可见的裂纹是由非金属夹杂物或显微疏松引起的。

2、对裂纹试样观察，发现试样中存在较多尺寸较大的夹杂物，最大的长约100μm左右，还有部分显微疏松缺陷，裂纹附近区域大夹杂物相对更多。

能谱分析结果表明这些夹杂物主要为硅酸盐类及氧化物。

3、低倍组织可清晰看到在截面上有大量针孔和中心疏松。

针孔和中心疏松是由于非金属夹杂物及气体夹杂所致。

4、对比裂纹和拉速的关系，发现连铸过程拉速过快铸坯冷却组织出现部分碳偏析，导致裂纹。

综上分析最终导致优碳圆钢裂纹的主要原因有：硅酸盐类非金属夹杂物、碳偏析、连铸拉速过快。

为了防止裂纹产生，应采取的措施为：
1、提高冶炼质量，采用挡渣出钢，严格控制冶炼浇注过程中炉渣及耐火材料进入钢液中，去除钢中的杂质，使成分和组织均匀，减轻或消除钢的脆性，提高韧性和塑性。

2、选用高黏度、低结晶温度、快熔速等合理化性能指标的保护渣，适时取样化验以保证炉渣理化指标合格，可以减少铸坯表面裂纹。

3、连铸机实现连铸过程全保护浇注、同时适当降低拉速;严格控制连铸机扇形段的对弧情况，防止吸气;连铸机二冷配水要精确控制，保证水质，保证喷淋管、喷嘴等设备正常运行。

安阳钢铁集团有限责任公司（全文简称安钢）二炼轧厂是新建的一个集脱硫、炼钢、精炼、连铸、轧钢、精整于一体的现代化炼钢、轧钢厂，其中宽板坯连铸机于２００５年８月２９日正式投产并一次热试成功。

该连铸机配备了大量先进技术和成熟工艺，包括结晶器液面自动控制、漏钢预报、动态轻压下、质量在线判定、动态凝固模型等，是目前国际上最先进的现代化板坯连铸机之一。

连铸机主要技术参数：铸坯规格为１５０ｍｍ×（１６００～３２５０）ｍｍ，铸机类型为直弧形，铸坯导向为０～８段，弧形半径为６．６７ｍ，铸机长度为１８．６８７ｍ，拉速范围为０．８～２．０ｍ／ｍｉｎ。

连铸机生产的钢种：碳素结构钢、低合金钢、船板钢、锅炉钢、压力容器钢、汽车大梁钢、桥梁钢、管线钢等八大钢种１钢板表面微裂纹产生的原因表面微裂纹形成于铸坯表面，形状细小，常常隐藏在氧化铁皮下，肉眼无法观察到，轧制后在钢板表面显现出来，严重影响轧钢成材率。

为查明钢板表面微裂纹产生的原因，二炼轧厂进行了大量的工作，包括电镜扫描、酸浸检验和数据跟踪分析等。

钢板表面的微裂纹形态各异，分布位置也不尽相同。

经过跟踪调查和分析，发现钢板表面微裂纹主要分为三类：表面纵裂纹、表面横裂纹、表面龟裂纹。

１．１表面纵裂纹钢板表面纵裂纹位于钢板中间部位，一般长度在１￣１０ｃｍ之间，而有的甚至更短、更细（如发丝），见图１。

在钢板裂纹处取样进行电镜扫描，发现在裂纹底部存在Ｋ，Ｎａ等元素，见图２。

表面纵裂纹产生原因较为复杂，一般发源于结晶器。

主要是由于初生坯壳厚度不均匀，在坯壳薄弱处应力集中。

当该应力超过坯壳的抗拉强度时，在坯壳表面形成裂纹。

二炼轧厂生产的钢板产生裂纹的原因：（１）钢水成分控制不好。

钢种碳含量的变化对表面纵裂纹影响严重，特别是在碳含量进入裂纹敏感区后，出现裂纹的几率更大。

经统计发现：ｗ（Ｃ）在０．０９％￣０．１５％之间的共有４０炉，产生表面纵裂纹的炉次共有７炉，占总炉数的１７．５％；ｗ（Ｃ）大于０．１５％的共有１９２８炉，产生表面纵裂纹的炉次为４１炉，占总炉数的２．１３％。

212管理及其他M anagement and otherQ345R 钢球罐裂纹产生机理及修复工艺研究齐喜岑，杨恒忠，吴晓风（江苏省特种设备安全监督检验研究院，江苏 苏州 215031）摘 要：针对液化石油气球罐开罐检验中存在的部分远离焊缝的裂纹，结合其制造工艺及使用环境，分析此类裂纹产生的机理，并针对性的提出消除裂纹的修复工艺方案和预防措施。

关键词：球罐；裂纹；应力腐蚀；焊接残余应力中图分类号：TQ221.211 文献标识码：A 文章编号：11-5004（2021）02-0212-2 收稿日期：2021-01作者简介：齐喜岑，男，生于1986年，江苏苏州人，硕士研究生，工程师，研究方向：承压类特种设备安全检测。

球罐作为石油化工行业常用的压力容器，得到广泛的应用。

在球罐的各类缺陷中，裂纹是最常见、危险性最大的一种，因裂纹导致的特大事故就曾经发生过多起，造成巨大的人员伤亡和财产损失。

因此对球罐裂纹产生的机理进行分析和研究具有重要的意义。

通常情况下，裂纹多发生在焊接接头部位，但近日在对某大型球罐开罐检验时，发现多处离焊接接头较远位于母材上的裂纹。

本文通过对球罐的制造工艺及使用环境综合分析，探究裂纹产生的机理，制定了合理的修复方案和预防措施。

1 球罐裂纹类型球罐裂纹按发生的原因大致可归纳为原材料裂纹、焊接裂纹、热处理裂纹、疲劳裂纹腐蚀裂纹和过载裂纹[1]，裂纹主要因素包括材料因素、组装因素、焊接因素、机械损伤等因素。

（1）原材料裂纹主要指母材在加工轧制过程中形成的缺陷，也包括焊接和热处理对母材的影响。

（2）焊接裂纹，球罐在组装时因焊接而产生的缺陷，可以细分为热裂纹、再热裂纹、冷裂纹、应力腐蚀裂纹和层状撕裂。

（3）热处理裂纹即焊后消除应力的热处理过程产生的，常发生在焊缝的热影响区。

（4）疲劳裂纹是因为结构不合理或材料存在缺陷，造成局部压力过高，经过反复加卸载和应力不断交变产生的裂纹。

（5）腐蚀裂纹是在金属被腐蚀过程中产生的裂纹，典型的腐蚀裂纹是应力腐蚀裂纹（SCC）。

【学术论文】某45钢齿轮断裂分析及改进措施摘要：通过对某设备４５钢齿轮断裂的深入分析，研究了４５钢材料的热处理特性和原工艺存在的问题，对断裂齿轮进行了硬度和显微组织分析，找到了齿轮断裂的原因。

针对该型齿轮特点，改进齿轮加工工艺，增加了齿形粗加工工序，改善了齿轮热处理性能，较好地解决了齿轮加工出现的问题，保证了产品加工质量，为该型齿轮加工提供了参考。

关键词：４５钢齿轮；工艺；热处理；显微组织分析；改进方案齿轮作为传动系统的组成部分，在机械行业有着广泛的应用。

４５钢来源广泛，具有较高的强度和较好的切削加工性，成为加工齿轮的主要原材料之一［１］。

某设备４５钢齿轮在使用过程中出现断裂现象，其形态为沿齿长纵向方向整齿断裂，断裂面两端部分呈金属光泽，纹路清晰，中间部分已氧化，无金属光泽，早已出现裂纹。

本文以该４５钢齿轮断裂为研究对象，从工艺、材料、热处理等方面分析原因，提出改进措施，保证产品质量。

１齿轮零件简介某设备４５钢齿轮结构如图１所示，其中热处理要求：调质处理２２０～２５０ＨＢＷ，齿面淬火５８～６３ＨＲＣ，其他主要基本参数见表１。

2 齿轮加工工艺分析该齿轮的生产流程［２］主要为：毛坯加工（棒料锯割）、粗加工（粗车外形及内孔）、中间热处理（退火、正火、调质）、精加工（精车外形及内孔、割键槽）、齿形加工（插齿、滚齿等）、最终热处理（表面淬火）和表面处理（磷化）等。

由于该齿轮要求一定的综合力学性能，故采用调质工艺作为中间热处理，为后续表面淬火等最终热处理作组织准备。

最终热处理采用高频表面淬火，热处理后不再进行精加工。

由于４５钢淬透性较差，鉴于该齿轮的尺寸、结构和加工工艺，该齿轮在做调质处理时，存在调质层深度未能达到节圆以下部分的可能性，而齿轮在感应加热淬火时在齿根部分存在热影响区，如该区域未能产生调质组织，则会影响该区域的力学性能，使该区域的弯曲疲劳强度降低，存在产生裂纹的隐患。

3 断裂原因分析由于４５钢具有较强的淬火开裂敏感性［３－６］，淬火时会引起齿轮应力的急剧变化，齿轮淬火经过加热、保温和冷却３个过程，期间会发生热胀冷缩体积变化和金相组织变化，从而产生相应的热应力和组织应力。