皮 造成 的夹 杂 。
通过对不同断 口的观察 与分析 ， 几乎所有断 口都起源于碳化物与夹杂的聚集区。即起源于低 倍 下 肉眼可 见 的 白色 斑点状 及 网状偏 析 。 由于 白
色 斑点 状及 网状 偏 析 是 由颗粒 状 碳 化 物 及 炉渣 、
（ １ ） 碳化物分布不均匀。主要 体现在低倍下 的 白色斑点 状偏 析及 网状偏 析 。这是 原始 铸锭 在
打 碎形成 弥 散分 布 ， 严 重 割 裂 了金 属 基 体 的连 续 性， 降 低 了合 金 强度 与塑 韧性 ， 并 产 生 应 力集 中 ， 从 而导致 事 故辊萌 生 断裂源 。 无论 是 裂纹 源区 ， 还是裂 纹 扩展 区 ， 断 口形貌 均 以解理 脆性 断 裂 为 主 ， 表 明该 事 故 辊 系 典 型脆
凝 固过 程 中受钢 的冶 炼 质 量 、 浇 注条 件 及 冷 却 结 晶特 点共 同影 响 的结 果 。原始 铸锭组 织 中存在 严 重 的碳 化物 分 布不 均 匀 ， 锻 造 及 锻后 退 火 又 不 充
低熔点夹杂 、 氧化物等组成的集合体 ， 造成合金塑 韧性极度降低 ， 并产生应力集中， 促成裂纹萌生。 尤 其是 处
锭 在浇 注时 形成 翻皮 ， 内部 夹 杂及 碳 化 物 聚集 非
分， 使碳化物不均匀现象未能得到有效改善。正
是 由于碳化 物不 均 匀 ， 也 造 成 了基 体 组 织 品粒 大 小 分布 不均 匀 ， 尤 其是 贫碳 区容 易产生 过热 ， 形 成
粗 大组 织 。
常严重。翻皮在锻造过程 中没有被压合 ， 夹杂物 及 碳化 物聚集 也 未在 锻造及 锻后 热处理 过程 中被
《 大型铸 锻件》
ＨＥＡＶＹ ＣＡＳ ＴＩ ＮＧ ＡＮＤ ＦＯＲＧＩ ＮＧ
Ｎｏ． １
Ｊ ａ ｎ ｕ ａ ｒ ｙ ２ ０１ ４
综合 以上分析得知 ， 事故辊断 口裂纹起源于 各种非金属夹杂。由于基体组织粗大、 碳化物分 布不均匀降低 了合金 的塑韧性 ， 在应力作用下 ， 促 使裂纹扩展 ， 并最终断裂。
一
塑韧性 ， 促 使裂 纹扩 展 ， 并 以解 理脆性 方式 断裂 。
５ 结 论
状偏析； 富含 Ｃ 、 Ｎ ａ 、 ｃ ｌ 、 ｓ ｉ 、 ｃ ｒ 的颗粒夹杂只在断 口中发现 ， 而且是 以尺寸更小 的聚集体存在。以
Ｚ ｒ 、 Ｍｎ等 的氧 化 物 多数 是 附着 在 炉 渣 表 面 ， 伴 随 炉渣 而存 在 。有 的是 以独 立 的小颗粒 氧 化物伴 随 碳化 物 的聚集 而 聚集 ， 形 成 白色 斑 点状 偏 析 及 网
组织粗大 、 夹杂物及碳化物聚集 、 基体晶粒大小不 以及 脆性 组织 存 在 ， 都 会 严 重 降 低合 金 强 度 及
（ ２ ） 非 金 属 夹 杂 物 。事 故 辊从 表 到 里 ， 都 有
较 多不 同类 型 的非 金 属 夹 杂存 在 ， 夹 杂 物 类 型 不 同， 存在 方式 也不 一样 。综合 不 同试样 能谱 分析 ， 事 故辊 内部 主要 夹 杂 物类 型 有 ： 大块状 Ｔ ｉ Ｎ、 Ｔ ｉ Ｃ 和 长条 状 Ｍｎ Ｓ ； 富含 Ｃ 、 Ｏ、 Ａ １ 、 Ｍｇ 、 Ｍｎ 、 Ｚ ｒ 、 Ｔ ｉ 、 Ｃ ａ 、
４ 事 故辊 断 裂原 因分析 综合 上述试 验 分 析 ， 事 故 辊 断裂 主要 与 以下
几方 面有关 ：
分布集中。这主要是合金浇注过程 中由于浇注不 当造成翻皮 ， 将合金表面的氧化物 、 低熔点夹杂及 易偏析溶质元素、 炉渣 、 保护渣等类夹杂卷入钢液 而未 能上浮 。 由此 可 知 ， 事 故 辊 的 断裂 起 源 于 翻
表到里都有存在。除了 Ｍ ｎ Ｓ具有一定塑性 以长 条形 式存 在 外 ， Ｔ ｉ Ｎ、 Ｔ ｉ Ｃ都 以棱 角分 明 的 大 块 状
形式 存在 ； 低熔 点 炉 渣 主要 以颗 粒 大 小 不一 的 聚
集体存在 。由于所处事故辊部位不同 ， 其存在形 式也 有所 不 同 。在事 故 辊 外 层 ， 主 要 与低 熔 点 夹 杂相伴 ， 以大小不一 的颗粒状聚集存在 ， 低倍下表 现为边缘黑色斑点状偏析 。在事故辊内部中间层
寸 更小 的 白 色 小 颗 粒 聚 集 夹 杂 。 其 中 ， 大 块 状 Ｔ ｉ Ｎ、 Ｔ ｉ Ｃ和长条 状 Ｍｎ Ｓ在 事 故 辊 不 同部 位 ， 即从
消除， 作为残余应力保存 于事故辊中。又由于事 故辊从表层到心部 不 同区域基体组织 有较大差
异， 不 同类 型 、 不 同大小 、 不 同形态 的夹 杂及 碳 化 物 聚集 分 布 ， 基 体组 织 晶粒粗 大且不 均匀 ， 必然 产 生应 力集 中 ， 尤 其 是 夹 杂 物及 碳 化 物 严重 聚集 区 域应 力集 中最 大 。事 故辊 的残 余热 应力 与复 杂组
性断裂。这与其基体组织粗大 、 存在较多夹杂及 碳化物分布不均匀的组织特点相印证。 （ ３ ） 残余应力 。由于事故辊尺寸大 ， 表面和
心部 在热 处理 加 热 和 冷 却过 程 中温 度 分布 不 均 ，
而产 生热 应力 。热 处理 后热应 力 又没有 得 到完全
Ｐ 、 Ｓ 等的颗粒状低熔点炉渣 ； 富含 Ｍ ｇ 、 Ａ １ 、 Ｎ ａ 、 Ｚ ｒ 、 Ｍｎ等 的小 颗粒 氧化 物 ； 富含 Ｃ、 Ｎ ａ 、 ｃ ｌ 、 ｓ ｉ 、 Ｃ ｒ 的 尺
及心 部是 伴 随着 颗 粒 状 碳 化 物 的 聚集 而 聚 集 ， 与
织应力的叠加 ， 致使其超过了材料的断裂抗力 ， 于 是 在该 处 萌生裂 纹而 成 为断裂 源 。
裂 纹一 旦 萌生 ， 就 由 内 向外 扩 展 。 由于 基 体
颗粒状碳化物 、 氧化物等夹杂形成聚集体 ， 低倍下 表现 为 白色 斑 点状 偏 析 及 网状 偏 析 ； Ｍｇ 、 Ａ Ｉ 、 Ｎ ａ 、