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不锈钢螺栓表面裂纹分析

发布时间：2018/9/12 10:58:25 点击次数：97次

06Cr19Ni10(SUS304)不锈钢M20*80外六角螺栓在试生产时发现存在表面裂纹,裂纹深度约0.30mm,该批螺栓的生产工艺流程为:固溶→拉拔→冷镦→切边→搓丝→检测,在最终检测时发现表面裂纹。
1.理化检验
1.1 光谱分析
用直读光谱仪进行分析,其化学成分符合标准要求,见表1所示。
表1 螺栓化学成分(质量分数,%)

1.2 金相检验
在螺栓杆部取样进行金相检验,经抛光后发现有较多TiN夹杂物,且呈链状、网状聚集分布。评定非金属夹杂物为:A类0.5级、B类3.0级C类0级、D类1.0级。经浸蚀后观察发现存在有较多铁素体,呈链状、针状和网状分布,其显微组织为奥氏体+铁素体,晶粒度为5级。评定α相面积含量2.0级,对原材料进行α相测定,其α相面积含量>2.0级。
2.分析与讨论
综上所分析,原材料化学成分符合标准要求,但在原材料及螺栓成品中均发现有大于2级的α相以及呈链状、网状分布的TiN夹杂物存在。
2.1 α相的形成及影响
铬-镍奥氏体不锈钢中α相的形成及含量与各种因素有关,如化学成分、热处理、冷热成型工艺等等,化学成分是其中决定性因素。本批螺栓材料虽然各含量都在标准要求的范围内,但钢中不仅含有较高的残余强铁素体形成元素Mo,而且奥氏体形成元素Ni含量靠近下限。钢中α相级别随着镍含量的升高而降低,随着铬含量的升高而升高。
对于铬-镍奥氏体不锈钢,为保证自高温快冷后钢的组织是单相的奥氏体,镍的含量应大于下列经验公式所给出的数据。Ni>1.1×(Cr+Mo+1.5×Si+1.5×Nb)-30×C-0.5×Mn-8.2。根据本批材料的合金元素含量计算,Ni>9.45%才能保证得到单纯的奥氏体组织,而本批材料中镍含量偏下限,Ni当量偏低而使组织中出现δ铁素体。
材料中α相面积含量根据理论计算:α相级别=1.0×Si+0.5×Cr+1.64×Ti-10.86×C-0.29×Ni-0.08×Mn-4.64=2.399~2.4,与实测相吻合。这说明材料中出现较多α相是由于其合金元素配比不合理,镍含量及镍当量偏低以及含有较高的残余强铁素体形成元素所造成的。
铁素体相与奥氏体基体之间化学成分、力学性能及热稳定性存在差异,在冷变形时变形流动性能也不一样,因此铁素体的出现给奥氏体不锈钢带来诸多不利影响,尤其是其塑性显著降低,而冷热加工产生裂纹的倾向性增大。
2.2 TiN夹杂物的形成及影响
TiN夹杂物是含Ti不锈钢中的主要夹杂物,其形成和分布主要与浇注工艺和方法密切相关,其次与钢中含Al也有关系。如果未采取有效的保护浇注措施,铝极易被二次氧化形成Al2O3夹杂物,并成为TiN形核的核心。TiN夹杂物在上浮过程中不断长大,容易于Al2O3夹杂物形成夹杂物群聚集分布。
钢中加入Ti的目的是为了抑制(Cr,Fe)23C6在晶界上析出,消除晶间腐蚀倾向。当Ti元素以TiN夹杂物大量析出且聚集分布时,对材料主要产生两方面的危害:一方面由于Ti元素与N元素结合析出,使C元素无法或仅有少量与Ti结合,致使晶间腐蚀倾向增大,同时TiN夹杂物本身也使材料的抗腐蚀能力降低;另一方面,TiN夹杂物是脆性相,硬度高,呈棱角状,易聚集分布,破坏了钢材的连续性并造成应力集中,降低了钢材的塑性、韧性和抗疲劳性能,在外力作用下容易成为裂纹源。
3.结论

本批06Cr19Ni10(SUS304)不锈钢材料由于合金元素配比不合理,镍含量及镍当量偏低,加上含有较高的残余强铁素体形成元素Mo,使得材料中存在较多δ铁素体,是其产生表面冷镦裂纹的主要原因,而材料中呈链状、网状聚集分布的TiN夹杂物,不仅对冷镦裂纹的产生了叠加影响,而且将影响其抗腐蚀能力。

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