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一、案例背景

某公司燃料氣系統(tǒng)的壓力表螺栓出現(xiàn)斷裂，希望通過檢測想查明原因，特送檢了三個樣品。

螺栓的外觀形貌

二、檢測分析

斷裂失效通常與應力、材料性能有關，因此特采用電鏡-能譜儀，對斷口進行了分析，并從螺栓的化學成分、硬度和金相組織方面著手，查找原因。

2.1 斷口分析

（1）斷口微觀形貌分析

經(jīng)螺栓斷口的微觀形貌分析發(fā)現(xiàn)，螺栓斷口其表面覆蓋著一層腐蝕產(chǎn)物，在微觀形貌上表現(xiàn)為“泥狀”花樣，該特征表明螺栓的斷裂屬于應力腐蝕斷裂。

（2）斷口微區(qū)成分能譜分析

對斷口面上的兩個不同區(qū)域分別進行能譜分析，結(jié)果顯示，斷口表面腐蝕產(chǎn)物含有S和Cl等腐蝕性元素，特別是Cl元素含量較高。螺栓周圍環(huán)境中Cl元素含量較高，是導致不銹鋼發(fā)生應力腐蝕開裂的外因。

2.2 材料化學成分檢測

對送檢斷裂螺栓、已服役完整螺栓和未使用螺栓材料分別進行化學成分分析，結(jié)果顯示螺栓常用材料為“316鋼”的ASTM標準。根據(jù)化學成分分析結(jié)果，送檢的三個螺栓材料化學成分含量類同，但不符合美國316鋼的ASTM標準要求，也未能找到與該螺栓材料成分相近的相關國家標準材料牌號。

2.3 材料金相組織分析

（1）夾雜物分析

對斷裂螺栓進行冶金質(zhì)量分析和顯微組織分析，并對非金屬夾雜物進行了評級。斷裂螺栓材料非金屬夾雜物主要為“點粒狀”的氧化物類和“條狀”硅酸鹽類和硫化物類非金屬夾雜物。根據(jù)非金屬夾雜物評定結(jié)果，斷裂螺栓非金屬夾雜物含量較少，其冶金質(zhì)量較好。

（2）金相組織分析

對斷裂螺栓進行金相組織分析，結(jié)果表明：

（1）斷裂螺栓金相組織為“奧氏體”，組織均勻細小，晶粒度等級為7~8級。

（2）螺栓的螺牙底部表面存在變形層，是由于螺栓攻牙時螺牙表面受到擠壓力的作用而形成的。

（3）螺栓裂紋呈沿晶和穿晶擴展，并存在小量的分叉狀的裂紋，根據(jù)該裂紋的微觀形貌特征，再結(jié)合螺栓斷口面表的能譜分析結(jié)果，進一步說明螺栓斷裂為應力腐蝕開裂引起的。

2.4 硬度檢測

對斷裂螺栓、已服役完整螺栓和未使用螺栓進行維氏硬度檢測，結(jié)果顯示，已服役的斷裂螺栓和完整螺栓硬度接近，但是均明顯低于未使用螺栓的硬度。

三、結(jié)論與建議

（1）所有送檢螺栓材料化學成分均不符合美國ASTM標準316鋼的標準成分含量要求，也未能找到與該螺栓材料成分相近的相關國家標準材料牌號。

（2）已服役的斷裂螺栓和完整螺栓硬度接近，但是均明顯低于未使用螺栓的硬度。

（3）斷裂螺栓的斷裂是在拉應力和含Cl元素和S元素等腐蝕介質(zhì)共同作用下產(chǎn)生的應力腐蝕開裂。

（4）斷裂螺栓主要與其材料耐腐蝕性較差有關。