304不銹鋼斷裂分析

        本文從304不銹鋼探棒斷裂的情況開始，分析了不銹鋼探棒的失效機理。探針棒斷裂的主要原因是基材本身的質量差（熱處理工藝不當），其次是焊接熱。

 

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圖1.探頭軸的斷裂位置

 

1.案例背景：

304不銹鋼探棒在輸油管道中投入使用1個月后，它在法蘭連接附近的焊接區(qū)斷裂。探桿的直徑為Φ16×3mm，輸油管道的外徑為Φ406mm，流速約為3m/s，使用溫度為300℃。

 

2.簡要分析方法：

觀察斷口形態(tài)，觀察分析發(fā)現(xiàn)，探桿的斷口形態(tài)是典型的疲勞斷口形態(tài)，疲勞源位于管壁外。港口有大量的劈裂面，并且有大量的平行排列的小疲勞條紋，斷裂模式屬于劈裂斷裂。分析了裂紋附近的組織形態(tài)，發(fā)現(xiàn)母材和焊接區(qū)域附近的組織均為奧氏體+沿變形方向帶狀分布的δ鐵素體+沿晶界分布的碳化物。可以得出結論，探棒在焊接前沒有得到有效的熱處理，并且高溫δ鐵素體和晶界碳化物的存在會降低其機械性能。

 

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圖2.裂縫的宏觀外觀（微小區(qū)域）

 

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圖3.典型晶界弱化的SEM照片

3、結果與討論：

探針桿的斷裂位置位于焊縫的根部，在應力集中區(qū)域，斷裂模式屬于大應力作用下的單源疲勞斷裂。焊接前的原料熱處理工序存在缺陷，無法進行有效的熱處理。高溫δ鐵素體和晶界碳化物的存在會導致其機械性能顯著降低，抗疲勞性下降，并大大縮短產品的使用壽命。

4、建議：

從以上分析可以看出，探針棒基體的熱處理工藝不當，因此委托單位應當對供應商提供的原材料進行現(xiàn)場檢查，以去除不合格的原材料，或者進行處理。焊接前進行適當?shù)臒崽幚砉に嚕上?delta;鐵素體的高溫體和晶界碳化物。