某钢厂连铸结晶器拉杆在正常使用过程中突然发生断裂，该拉杆由45钢制作，直径为φ60mm。45号钢为优质碳素结构用钢，广泛用于机械制造，这种钢具有一定的塑性和韧性，较高的强度，切削性能良好，采用调质处理可获得很好的综合力学性能，淬透性较差，水淬易产生裂纹，中小型零件调质后可得到较好的韧性及较高的强度，大型零件以采用正火处理为宜，但45钢的焊接性能较低，虽可焊接，但焊前应将焊件进行预热，且焊后应进行退火处理，以消除焊接应力。为了弄清结晶器拉杆断裂原因，采用宏观观察、扫描电镜及光学显微镜对断件进行了深入分析。
1宏观观察
图1 断口宏观形貌 | 图2 断裂源低倍放大 |
拉杆断口宏观形貌见图1，无明显颈缩，属脆性断裂。断面多数部位呈明亮的金属光色，根据断面放射条纹的走向可知断裂起源图1所示断面下部边缘，该部位可见一深褐色半椭圆形区域。
2 扫描电镜观察
截取断口，经酒精超声波清洗后扫描电镜下断裂源低倍放大见图2，可见断裂正是起源于断面边缘的半椭圆形区域。该部位放大后微观形貌见图3，呈不规则分布的针状，该部位微区能谱见图4，主要为Fe的氧化物。断裂源以外的光亮部位微观形貌见图5，为解理特征。
图3 断裂源高倍形貌 | 图4 断裂源能谱 |
用除锈剂将断裂源半椭圆形区域除锈处理并酒精超声波清洗后，可见该部位为沿晶断裂：表层为柱状晶开裂，局部可见晶间裂纹，见图6，圆形沿径向次表层则为等轴晶开裂开裂特征，见图7。
图5 解理断面 | 图6 柱状晶断面 |
图7 等轴晶断面 | 图8 断裂源处低倍组织 |
3 金相检验
平行断裂面磨削后作低倍酸蚀检验，光学显微镜下可见断裂源部位组织与基体明显不同，该部位受到了一个异常的热循环过程，使得该部位组织发生改变，见图8。基体组织为铁素体+珠光体，见图9，热影响区组织为马氏体+残余奥氏体，见图10。
图9 基体组织 | 图10 热影响区组织 |
4 结果分析
断裂起源于拉杆表面，断裂源呈深褐色，已于高温下氧化，而断裂源以外的断面则较新鲜，呈金属光泽的解理特征，说明断裂源处在拉杆断裂早期已经存在一细小裂纹，该裂纹于高温下产生，属热裂纹，与该部位受热异常有关。断裂源经除锈处理后，该部位呈柱状晶及等轴晶特征，则说明了该部位曾经受高温熔化（类似焊接过程）。光学显微镜下，断裂源处组织为马氏体，说明该部位熔化后又以较快的速度冷却，淬火应力导致了裂纹的产生。当钢材存在裂纹时，常常出现脆性的解理断裂。
由于热裂纹的存在，急剧降低了拉杆的断裂韧性，当它受到的拉力大于其可承受的极限值时，就发生了瞬间脆断而失效。
至于热裂纹的产生原因，则应该是拉杆曾经与带电体（焊机电极、电线等）意外接触放电，导致局部熔化，因45钢的焊接性能较低，在热应力及组织应力共同作用下，导致了裂纹的产生。
5 结论
结晶器拉杆与带电体接触放电，产生的热量导致表面局部熔化，在较快的冷却速度下，因较大的热应力与组织应力作用产生热裂纹，而热裂纹的存在，大大降低了拉杆的断裂韧性，当它受到的拉力超过其能承受的极限值时，就发生了瞬间脆断。
