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摘要：针对轧钢厂精轧机轧辊上的连接螺栓在轧制中出现的早期断裂，通过化学成分、显微组织分析，得出了连接螺栓早期失效的原因。
关键词：精轧机 连接螺栓 断裂 分析
1 前言
某轧钢厂在轧制钢板时，其精轧机轧辊上的十字包及连接螺栓发生断裂。据称该轧辊上的十字包及螺栓只使用了一个半月，属早期失效。经现场察看，十字包上的4只螺栓表面均有很多横向裂口，见图1，其中有3只螺栓已经断裂，均是从表面裂口开始形成斜向断裂，螺栓断口基本上为脆性，见图2。
图1 螺栓表面横向裂口形貌
图2螺栓断口形貌
2 分析
2.1成分分析
据介绍，螺栓材质是34CrNi3Mo。在螺栓上取样经化学成分分析，结果如下表：化学成分（%）
2.2金相分析
为分析螺栓早期断裂原因，我们在螺栓断口和横向裂纹处取样进行显微组织分析，通过金相显微镜观察，断裂及裂纹处无异常夹杂及氧化脱碳等，螺栓表层组织为亮白的相化合物层，深度约为0.014mm，其次为扩散层，组织为回火（贝氏体、马氏体）＋氮化物，其中氮化物为较严重脉状和少量断续网状，氮化物级别为4.0级，见图3，渗氮层深度约0.80mm；螺栓心部组织为调质组织即回火（贝氏体、马氏体），组织较粗大，参照《中碳钢与中碳合金结构钢马氏体等级》标准评定级别为5级，见图4；从渗氮层中氮化物所勾勒的晶粒轮廓看，螺栓的组织也是较为粗大的。
图3 螺栓渗层组织 200X
图4 螺栓心部组织500X
3结果分析
3.1分析表明，螺栓的材质是34CrNi3Mo，分析结果看化学成分正常；断裂端及开裂处无异常夹杂及氧化脱碳，故螺栓断裂及表面开裂不是钢质本身质量引起的。
3.2精轧机上的轧辊在轧制过程中要承受高达5000吨左右的轧制力，因此轧辊上的连接螺栓，在工作过程中随轧制压力的变化也要承受很大的拉伸载荷，是轧机上的重要连接件，故对连接螺栓的要求是要有良好的综合机械性能和表面高硬度、高耐磨性能，从显微组织分析中可知，为保证性能要求，螺栓是经过调质和表面渗氮处理的，即在调质的工艺基础上，采用了表面渗氮处理的方式来对螺栓表面进行强化，而渗氮处理除要求合适的渗层厚度外，还要有合格的渗氮层组织，就渗氮层中的氮化物而言，它是一种硬而脆的化合物，弥散分布在钢铁基体中，能起到强化基体的作用，如果形成了連续成脉状甚至成网状的超标氮化物将导致渗氮层晶间脆性剧增，故在使用中受载荷作用时，工件容易在脆性高的表层开裂。在分析的螺栓渗氮层组织中存在着较严重脉状和少量断续网状氮化物，级别为GB/T 11354-2005《钢铁零件渗氮层深度测定和金相组织检验》标准中的4.0级，属不正常级别（标准要求，一般零件氮化物1～3级合格，重要零件氮化物1～2级合格）。因此渗氮层中有超标氮化物的螺栓，在工作载荷下表面形成严重的裂纹，最终裂纹在大的载荷作用下迅速扩展引起断裂，同时较粗大的调质组织也降低了螺栓的综合性能，促进了螺栓的早期断裂。
作者简介：宋晓菊（1961.7--）女，重庆人，重庆钢铁股份有限公司钢研所高工，研究生学历，研究方向：钢铁生产工艺及质量控制。
关键词：精轧机 连接螺栓 断裂 分析
1 前言
某轧钢厂在轧制钢板时，其精轧机轧辊上的十字包及连接螺栓发生断裂。据称该轧辊上的十字包及螺栓只使用了一个半月，属早期失效。经现场察看，十字包上的4只螺栓表面均有很多横向裂口，见图1，其中有3只螺栓已经断裂，均是从表面裂口开始形成斜向断裂，螺栓断口基本上为脆性，见图2。
图1 螺栓表面横向裂口形貌
图2螺栓断口形貌
2 分析
2.1成分分析
据介绍，螺栓材质是34CrNi3Mo。在螺栓上取样经化学成分分析，结果如下表：化学成分（%）
2.2金相分析
为分析螺栓早期断裂原因，我们在螺栓断口和横向裂纹处取样进行显微组织分析，通过金相显微镜观察，断裂及裂纹处无异常夹杂及氧化脱碳等，螺栓表层组织为亮白的相化合物层，深度约为0.014mm，其次为扩散层，组织为回火（贝氏体、马氏体）＋氮化物，其中氮化物为较严重脉状和少量断续网状，氮化物级别为4.0级，见图3，渗氮层深度约0.80mm；螺栓心部组织为调质组织即回火（贝氏体、马氏体），组织较粗大，参照《中碳钢与中碳合金结构钢马氏体等级》标准评定级别为5级，见图4；从渗氮层中氮化物所勾勒的晶粒轮廓看，螺栓的组织也是较为粗大的。
图3 螺栓渗层组织 200X
图4 螺栓心部组织500X
3结果分析
3.1分析表明，螺栓的材质是34CrNi3Mo，分析结果看化学成分正常；断裂端及开裂处无异常夹杂及氧化脱碳，故螺栓断裂及表面开裂不是钢质本身质量引起的。
3.2精轧机上的轧辊在轧制过程中要承受高达5000吨左右的轧制力，因此轧辊上的连接螺栓，在工作过程中随轧制压力的变化也要承受很大的拉伸载荷，是轧机上的重要连接件，故对连接螺栓的要求是要有良好的综合机械性能和表面高硬度、高耐磨性能，从显微组织分析中可知，为保证性能要求，螺栓是经过调质和表面渗氮处理的，即在调质的工艺基础上，采用了表面渗氮处理的方式来对螺栓表面进行强化，而渗氮处理除要求合适的渗层厚度外，还要有合格的渗氮层组织，就渗氮层中的氮化物而言，它是一种硬而脆的化合物，弥散分布在钢铁基体中，能起到强化基体的作用，如果形成了連续成脉状甚至成网状的超标氮化物将导致渗氮层晶间脆性剧增，故在使用中受载荷作用时，工件容易在脆性高的表层开裂。在分析的螺栓渗氮层组织中存在着较严重脉状和少量断续网状氮化物，级别为GB/T 11354-2005《钢铁零件渗氮层深度测定和金相组织检验》标准中的4.0级，属不正常级别（标准要求，一般零件氮化物1～3级合格，重要零件氮化物1～2级合格）。因此渗氮层中有超标氮化物的螺栓，在工作载荷下表面形成严重的裂纹，最终裂纹在大的载荷作用下迅速扩展引起断裂，同时较粗大的调质组织也降低了螺栓的综合性能，促进了螺栓的早期断裂。
作者简介：宋晓菊（1961.7--）女，重庆人，重庆钢铁股份有限公司钢研所高工，研究生学历，研究方向：钢铁生产工艺及质量控制。