冷镦钢B7法兰螺栓断裂原因分析与改进

2023-10-17林作津

工业加热 2023年8期

林作津

(芜湖新兴铸管有限责任公司,安徽芜湖 241002)

1 前言

高强度B7冷镦钢是美标ASTMA193中一种高强度冷镦标准件用钢的牌号,主要用于制作10.9、12.9级标准件[1],制造风电机组、石油管道、汽车、工业设备等产品中常用这一类紧固件产品[2]。客户反馈某批Φ10mm的B7热轧盘条做成法兰面螺栓用在割草机上出现断裂。客户加工流程:酸洗→磷化→皂化→一次拉拔→退火→二次拉拔→球化退火→冷镦→调质→表面处理→包装、出库。

图1 法兰螺栓

2 检验

2.1 化学成分

在断裂样品螺栓取样做化学成分分析,检测结果如表1所示,化学成分满足ASTMA193—2017的要求。

表1 B7法兰螺栓化学成分 %

2.2 体视显微观察

螺栓在螺杆与螺纹的交接部分发生断裂(见图2),体视显微镜宏观端口观察,该处存在多条裂纹,断口处可以看到裂纹从边缘扩展到内部(见图3)。螺栓断裂是由于表面存在多条裂纹,在使用过程中受力导致裂纹的扩展,引起螺栓断裂。

图2 螺栓台阶存在多条裂纹

图3 断口处裂纹扩展

2.3 金相显微分析

断裂螺栓样品进行纵剖检验金相。试样抛光后使用3%的硝酸酒精溶液侵蚀后观察,试样基体组织为回火索氏体,如图4所示。试样表面存在全脱碳层和晶间氧化、高温氧化物,如图5、图6所示,全脱碳及晶界氧化通常产生于材料冷镦前的退火过程,与退火时炉气碳势控制较低有关[3]。

图4 螺栓基体组织

图5 螺栓表层脱碳

图6 高温氧化物

2.4 能谱分析

使用Oxford能谱分析仪对高温氧化物成分进行能谱分析,高温氧化物组分Cr、Mn等合金氧化物(见图7)。

图7 能谱分析

3 分析

B7螺栓台阶处存在裂纹是导致螺栓开裂的主要原因。由于退火过程气氛控制不当,材料表面产生全脱碳层及晶间氧化缺陷。全脱碳层的形成导致其中的铁素体晶界抗氧化性降低,从而在B7钢表面形成大量沿铁素体晶界扩展的裂纹,从而导致B7钢在冷镦过程中开裂[4-9]。冷镦过程产生多条裂纹,后续淬火过程裂纹向内扩展,致使螺栓使用过程受力导致螺栓断裂。