某石化厂加氢裂化压缩机主轴上的机械密封定位销发生断裂失效。其材质为45钢，直径4 mm，材料经淬火及表面镀铬处理，同批次材料的化学成分检查结果符合标准要求，压缩机的工作温度为50～130℃。为查明机械密封定位销的断裂失效原因，对定位销进行了系列实验分析，以预防类似事故的重复发生。
1理化检验与分析1.1宏观检验分析将失效的定位销置于放大镜下进行宏观形貌观察，发现断口表面粗糙不平，无明显的塑性变形。定位销端面存在深浅不等的同心圆沟槽痕迹，端面中心有一条贯穿性裂纹，端面倒角处表面存在大小、深浅不等的坑点。定位销母线处的裂纹两侧形状不完全对称，说明裂纹形成过程中表面有颗粒脱落。宏观检验结果表明，定位销在工作中受到磨损的作用，材料属脆性断裂失效。
1.2微观形貌分析将定位销置于超声波清洗机中清洗后对断口进行扫描电镜观察。可看出，断口存在二次裂纹，在边缘清晰可见有将近周长50%的环状磨痕DDD光滑明亮区域，该磨痕的*大径向深度约0.1mm。断口呈典型的冰糖块状沿晶断裂形貌特征，晶粒间疏松，断口环状磨痕的一端恰好与母线侧裂纹交汇。
在扫描电镜下观察定位销的形貌，可见内部沿晶扩展的裂纹，定位销表面腐蚀产物层的*大厚度大于0.02 mm，内部组织疏松多孔，与基体交界面间存在微裂纹，局部腐蚀层在材料表层内部；定位销外表面可见镀铬层，镀铬表层内基体虽受到含S介质的腐蚀作用，但与基体材料结合较紧密。同时定位销端部受腐蚀情况比圆周外表面严重。微观分析表明：定位销在断口区域受到严重磨损，定位销工作过程中受到含S介质的腐蚀，端部腐蚀尤为严重。
1.3能谱分析对未经清洗的定位销断口表面不同部位进行能谱分析，结果表明定位销断口表面存在S元素，且含量较高，局部区域高达20%以上；另外，对定位销经清洗后断口中细小颗粒、金相面中的端面及外表面的氧化层进行能谱分析，结果显示氧化层含有大量的S元素，都在10%以上。氧化层中除含S元素外，局部区域还存在Cl元素。能谱分析表明定位销的工作介质中存在S元素，断口表面含有S的腐蚀产物，端面及外表面受到含S介质的腐蚀。
1.4金相分析与硬度检验定位销的，晶粒组织为细小且保持马氏体位向的回火索氏体，中间夹杂有条状与羽毛状的马氏体形貌。倒角和端部边缘附近的晶粒粗大，组织呈白色铁素体网状分布，部分铁素体呈针状向晶内扩展，断口存在二次裂纹。用维氏硬度计测量定位销的硬度，结果显示材料硬度高达58HRC，达到材料经淬火处理后的硬度要求。金相图中近端面及倒角处的晶粒比其他部位粗大，说明端部及倒角处材料的强度、塑性和韧性等要比心部的差，且粗大晶粒会降低材料抗应力腐蚀的能力。2定位销失效原因分析结合定位销工作环境条件及上述理化检验结果，综合分析机械密封定位销的失效原因。
首先，定位销运行温度为50～130℃，由文献知，材料受拉应力作用状态并在-100～100℃有发生可逆性氢脆的可能，且随氢含量的增加，材料的氢脆敏感性增大，裂纹孕育期缩短，因此定位销受到挤压作用将增大其发生氢脆的可能性。
其次，氢气压缩机的高速运转除了造成定位销在工作中受振动载荷外，还会造成密封组件对定位销的挤压作用。从定位销所处的工作位置可知，密封组件限制了机械密封定位销的轴向位移，而定位销与主轴之间属间隙配合，因此，氢气压缩机对定位销带来的振动及由此引起的密封组件对定位销的挤压作用在轴向位移受限的条件下将导致微动磨损。
由定位销样品宏观裂纹的非对称性及断口微观形貌的环状磨痕特征表明，定位销承受磨损作用导致其*终被破坏。另外，58HRC的高硬度定位销在含氢以轧辊肩部裂纹的产生与轧辊的结合层质量无关。
综上所述，轧辊裂纹产生的原因应该是由于**段回火应力和第二段回火加热时的应力叠加造成的。为彻底查清裂纹产生的原因，又对轧辊的热处理工艺进行了分析研究，结果发现原热处理工艺存在一些不足，在原热处理工艺中，为保证残余奥氏体向马氏体的转变量，在**段回火后，采用了长时间的空冷，这样虽然增大了残余奥氏体向马氏体的转变量，但同时产生了较大的相变应力，尤其是在冬季温度较低的情况下，应力更大，对裂纹轧辊进行统计发现，每年11月至下一年3月份轧辊热处理裂纹较多，进一步证实了相变应力过大是导致裂纹产生的主要原因。
2热处理工艺改进措施通过对裂纹产生原因的分析可以看出，离心复合高铬铸铁轧辊热处理裂纹的产生主要和热处理过程中的**段回火降温、空冷及第二段回火升温有关，因此工艺改进的关键是对上述三方面进行改进。
首先对**段回火降温进行改进，将原有工艺中的降温速度降低2～3℃/h，使降温过程趋于平缓；其次对原工艺的空冷段进行改进，原工艺中空冷时间为24h，过饱和的马氏体在低温下长期存留，增加了裂纹产生的几率，工艺改进后尽量缩短空冷时间，并且根据室温变化对空冷时间进行调整，即室温越低，空冷时间越短，轧辊温度达到要求温度后立即进行第二段回火；*后降低第二段回火时的升温速度，将原有的升温速度降低3～5℃/h。实施新工艺后离心复合高铬铸铁轧辊热处理裂纹没有再出现。
3结语
在离心复合高铬铸铁轧辊热处理过程中，**段回火降温过快，两段回火之间空冷时间过长，第二段回火升温过快是轧辊热处理裂纹产生的主要原因，通过降低**段回火降温速度，控制两段回火间的空冷时间，降低第二段回火的升温速度，可以消除离心复合高铬铸铁轧辊热处理裂纹。
