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2Cr13不鏽鋼螺栓斷裂啟事分析

2019-11-19 13:39   评论:07 点击:587
中國鋼管信息港據外媒報道:2Cr13鋼屬於馬氏體不鏽鋼,淬火後經高溫回火處理,該鋼具有良好的抗弱腐蝕介質能力和綜協力學性能,因此被廣泛利用於航空、航天和船舶等各領域,其中也利用於航天緊固件產品。開槽圓柱頭螺栓,材料牌號為2Cr13,在成檢前發現5件杆部存在軸向裂紋,此批螺栓共計366件,現對其中1件開裂螺栓進行啟事分析。該批零件由規格為φ20mm的2Cr13棒材加工製造,其生產工藝流程為:車→銑→鉗→熱處理→磨→滾絲→清洗→表麵處理→試驗→成檢。
1.試驗過程與結果
(1)宏觀檢查,可見螺栓表麵裂紋沿軸向分布,較平直,裂紋從頭部台階處到螺紋端頭,總長約35.1mm,肉眼觀察,裂紋深度較淺,螺栓外表麵未見明顯機械損傷。
開槽圓柱頭螺栓開裂宏觀形貌
(2)金相檢查
中國鋼管信息港據外媒報道:由於螺栓較長 ,分段截取進行鑲嵌試樣。截取開裂螺栓杆部縱截麵、橫截麵進行金相檢查,宏觀形貌如圖2所示。根據GB/T10561試驗方法,對開裂螺栓杆部縱截麵進行非金屬夾雜評級,A類0.5級,B類2級,C類0級,D類0級,DS0級。經4 %硝酸酒精水溶液腐蝕後,螺栓頭部發現尺寸約(長4.9mm×寬0.6mm)的條帶區域,沿軸向分布,內部為晶粒清楚的等軸晶,明顯區別於基體,且對應於開裂位置的延伸線。橫向截取開裂螺栓螺紋處腐蝕後,開裂位置未見脫碳現象,條帶區深約0.3mm。基體組織為回火索氏體組織。
螺栓正常位置組織
(3)能譜分析
中基體和條帶區域進行能譜成分分析(EDS),表1為兩區域能譜成分的半定量分析數據。
螺栓基體及條帶區域能譜成分(重量百分比)結果(%)
位置
Fe
Cr
Mn
Si
C
基體
84.27
13.70
0.50
0.34
1.19
條帶區域
97.05
1.29
0.47
0.10
1.09
可以看出,基體首要成分為Fe(84.27%)、Cr(13.70%) 、Si等元素,首要成分符合Cr13型不鏽鋼要求。條帶區域首要成分為Fe(97.05%)、Cr(1.29%)、Si等元素,但Fe、Cr元素明顯區別於基體成分。
(4)硬度測試
分別對異常條帶區域及基體進行顯微硬度測試,測試結果如表2所示。螺栓硬度滿足設計要求(26~28.5HRC) ,偏下限,條帶區域的硬度明顯偏低。
顯微硬度測試結果
測試點
維氏硬度HV0.2
換算為HRC
1點
2點
3點
4點
5點
條帶區域
95
93
95
98
85
基體
260
258
260
259
258
26.0
2.開裂啟事分析
中國鋼管信息港據外媒報道:對螺栓橫 、縱截麵金相檢查表明 ,開裂位置存在沿軸向分布條帶缺陷。對條帶缺陷及正常位置進行能譜成分分析,結果表明條帶缺陷區域能譜成分明顯區別於基體成分。固然能譜分析誤差較大,通常適用於定性分析,不適合精確的定量分析,但已能夠說明題目。從顯微硬度結果表明條帶區域硬度明顯低於基體,從而說明兩者存在明顯區別。從金相組織看缺陷部位的組織與基體組織明顯不同,正常基體為回火索氏體組織,而缺陷位置組織為等軸晶,且具有金屬特征。條帶異常區域四周未見脫碳現象,未見非金屬夾雜聚集現象,故綜合分析以為條帶區域是異金屬夾雜。
鉻鎳奧氏體不鏽鋼是最常用的抗腐蝕材料 , 而晶間腐蝕是鉻鎳奧氏體不鏽鋼容器最多見的失效形式。晶間腐蝕使晶粒間的結協力大大削弱,嚴重時可使機械強度完全喪失。蒙受這類腐蝕的不鏽鋼,表麵看來還很光亮,但經不起輕輕敲擊便破碎成細粒。由於晶間腐蝕不易檢查, 所以, 造成設備的忽然破壞,它的危害性很大,應引發我們足夠的重視 。
鉻鎳奧氏體不鏽鋼容器基本上是靠焊接成型的, 而焊接接頭兩側是晶間腐蝕敏化區, 它總是比母材先受到腐蝕破壞。通過焊後熱處理,進步焊縫區抗晶間腐蝕的能力, 達到和母材同等程度, 這是我們尋求的目標,是我們進行焊後熱處理的初衷。但是在付諸實踐中, 有很多身分要考慮, 比如: 焊件整體結構外形複雜, 焊後熱處理工藝參數難以保證, 是以, 實際上盡大部分在役的鉻鎳奧氏體不鏽鋼在焊後態使用 。
對用於抗晶間腐蝕的鉻鎳奧氏體不鏽鋼製容器焊縫區是否作固溶處理或穩定化處理, 不能簡單的一概而論, 應具體分析容器的結構外形, 分析是否能保證熱處理的效果, 否則即使我們提出了焊後熱處理的要求, 但往往會事與願違, 不僅達不應有的效果,反而會影響母材的組織結構。
為了進步鉻鎳奧氏體不鏽鋼容器抗晶間腐蝕的能力, 必須針對具體的腐蝕環境, 根據腐蝕機理, 首先選材時可選超低碳不鏽鋼, 穩定化不鏽鋼, 焊接時選用精確的焊接方法 , 恰當組合上述幾種防止和控製措施, 才能取得好的效果, 不能單純依靠焊後固溶或穩定化處理。
經了解,此原材料棒材為電渣鋼,在冶煉過程中合金料未完全熔化 ,或者不慎混進其他未熔化金屬均有可能形成異金屬夾雜,微觀上表現為異金屬部位組織與基體組織有明顯的界線,且本身的硬度與基體的硬度存在明顯差異。綜合分析以為此缺陷應是材料電渣熔煉過程中有異金屬混進所致。由於該缺陷沿軸向分布,破壞了螺栓整體組織的完整性,降低了金屬的塑性和強度,且位於零件表麵,在後續機加工過程中因強度不足造成表麵開裂。中國鋼管信息港據外媒報道

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