30CrMnSiA 螺栓裂纹原因分析

引言：

某 30CrMnSiA 螺栓采用直径为 Φ25 的 30CrMnSiA 冷拔态钢棒直接机加成型，进行真空调质处理（淬火 + 高温回火）后发现部分螺栓开裂，对其进行分析。

1、宏观形貌及三维视频显微镜检查

开裂螺栓宏观形貌如图 1，用三维视频显微镜观察，螺栓裂纹局部放大形貌如图 2、图 3，大部分螺栓裂纹均沿纵向贯穿螺杆，一端止于螺栓头部，另一端止于螺栓尾部，少部分螺栓裂纹未贯穿螺杆。

2、显微组织检查

对开裂螺栓取样进行显微组织检查，裂纹形貌如图 4、图 5，可见裂纹由外表向心部扩展，尾部尖细，为淬火裂纹形貌，裂纹周围无非金属夹杂物等原材料缺陷。试样经浸蚀后观察发现，材料中心部位存在碳偏析现象，显微组织为回火索氏体 + 铁素体 + 碳化物（图6）；其它不存在碳偏析的部位显微组织为回火索氏体 + 铁素体（图 7）。对比可知，碳偏析的部位，除存在碳化物外（小亮点状组织），铁素体含量较无偏析的部位少（白色块状或针状组织）。

3、扫描电镜及X 射线能谱分析

对开裂螺栓裂纹部位制作横向断口，用扫描电镜观察，发现断口存在脆性断裂和塑性断裂两种形貌，用 X 射线能谱仪进行分析，可见脆性断裂区的碳含量明显高于塑性断裂区，详见如下能谱分析报告。

4、化学成分分析

随机抽取 1 件开裂螺栓，在螺帽处进行化学成分分析，打 3 个点，结果如下表，可见不同位置碳含量差异较大，个别点 C 含量高达 0.72% ，远远超出标准值，说明材料成分不均匀，存在严重的碳偏析现象。

5、综合分析

综合以上检查结果分析认为，本批次螺栓用原材料，少数钢棒局部存在碳元素偏析现象，导致在淬火过程中组织转变不均匀，在淬火应力作用下发生开裂。

6、结论

30CrMnSiA 螺栓开裂原因为：原材料钢棒局部存在碳元素偏析，导致螺栓淬火过程中应力分布不均匀发生开裂，不存在碳偏析的螺栓则不产生裂纹。