林作津

(蕪湖新興鑄管有限責(zé)任公司,安徽 蕪湖 241002)

1 前 言

高強(qiáng)度B7冷鐓鋼是美標(biāo)ASTMA193中一種高強(qiáng)度冷鐓標(biāo)準(zhǔn)件用鋼的牌號(hào),主要用于制作10.9、12.9級(jí)標(biāo)準(zhǔn)件[1],制造風(fēng)電機(jī)組、石油管道、汽車(chē)、工業(yè)設(shè)備等產(chǎn)品中常用這一類(lèi)緊固件產(chǎn)品[2]?？蛻舴答伳撑?0mm的B7熱軋盤(pán)條做成法蘭面螺栓用在割草機(jī)上出現(xiàn)斷裂?？蛻艏庸ち鞒?酸洗→磷化→皂化→一次拉拔→退火→二次拉拔→球化退火→冷鐓→調(diào)質(zhì)→表面處理→包裝、出庫(kù)。

圖1 法蘭螺栓

2 檢 驗(yàn)

2.1 化學(xué)成分

在斷裂樣品螺栓取樣做化學(xué)成分分析,檢測(cè)結(jié)果如表1所示,化學(xué)成分滿足ASTMA193—2017的要求。

表1 B7法蘭螺栓化學(xué)成分 %

2.2 體視顯微觀察

螺栓在螺桿與螺紋的交接部分發(fā)生斷裂(見(jiàn)圖2),體視顯微鏡宏觀端口觀察,該處存在多條裂紋,斷口處可以看到裂紋從邊緣擴(kuò)展到內(nèi)部(見(jiàn)圖3)。螺栓斷裂是由于表面存在多條裂紋,在使用過(guò)程中受力導(dǎo)致裂紋的擴(kuò)展,引起螺栓斷裂。

圖2 螺栓臺(tái)階存在多條裂紋

圖3 斷口處裂紋擴(kuò)展

2.3 金相顯微分析

斷裂螺栓樣品進(jìn)行縱剖檢驗(yàn)金相。試樣拋光后使用3%的硝酸酒精溶液侵蝕后觀察,試樣基體組織為回火索氏體,如圖4所示。試樣表面存在全脫碳層和晶間氧化、高溫氧化物,如圖5、圖6所示,全脫碳及晶界氧化通常產(chǎn)生于材料冷鐓前的退火過(guò)程,與退火時(shí)爐氣碳勢(shì)控制較低有關(guān)[3]。

圖4 螺栓基體組織

圖5 螺栓表層脫碳

圖6 高溫氧化物

2.4 能譜分析

使用Oxford能譜分析儀對(duì)高溫氧化物成分進(jìn)行能譜分析,高溫氧化物組分Cr、Mn等合金氧化物(見(jiàn)圖7)。

圖7 能譜分析

3 分 析

B7螺栓臺(tái)階處存在裂紋是導(dǎo)致螺栓開(kāi)裂的主要原因。由于退火過(guò)程氣氛控制不當(dāng),材料表面產(chǎn)生全脫碳層及晶間氧化缺陷。全脫碳層的形成導(dǎo)致其中的鐵素體晶界抗氧化性降低,從而在B7鋼表面形成大量沿鐵素體晶界擴(kuò)展的裂紋,從而導(dǎo)致B7鋼在冷鐓過(guò)程中開(kāi)裂[4-9]。冷鐓過(guò)程產(chǎn)生多條裂紋,后續(xù)淬火過(guò)程裂紋向內(nèi)擴(kuò)展,致使螺栓使用過(guò)程受力導(dǎo)致螺栓斷裂。

4 改進(jìn)建議

盤(pán)條退火的脫碳層控制主要通過(guò)氧勢(shì)和碳勢(shì)因子(CPF)值進(jìn)行監(jiān)控。CPF值是決定線材在熱處理期間是否脫碳的關(guān)鍵參數(shù)[10],退火期間通過(guò)輸入裂解氣(RX氣體)作為保護(hù)氣體保證CPF數(shù)值。客戶退火期間適當(dāng)輸入RX氣體作為保護(hù)氣體控制氣氛碳勢(shì),從而可有效避免冷鐓鋼線材在退火期間脫碳。