06Cr19Ni10（SUS304）不銹鋼螺栓表面裂紋分析

06Cr19Ni10（SUS304）不銹鋼M20*80外六角螺栓在試生產時發現存在表面裂紋，裂紋深度約0.30mm，該批螺栓的生產工藝流程為：固溶→拉拔→冷鐓→切邊→搓絲→檢測，在最終檢測時發現表面裂紋。
 

1.理化檢驗

1.1 光譜分析

　　用直讀光譜儀進行分析，其化學成分符合標準要求，見表1所示。

表1        螺栓化學成分（質量分數，%）           

1.2 金相檢驗

　　在螺栓桿部取樣進行金相檢驗，經拋光后發現有較多TiN夾雜物，且呈鏈狀、網狀聚集分布。評定非金屬夾雜物為：A類0.5級、B類3.0級C類0級、D類1.0級。經浸蝕后觀察發現存在有較多鐵素體，呈鏈狀、針狀和網狀分布，其顯微組織為奧氏體+鐵素體，晶粒度為5級。評定α相面積含量2.0級，對原材料進行α相測定，其α相面積含量＞2.0級。
 

2.分析與討論

　　綜上所分析，原材料化學成分符合標準要求，但在原材料及螺栓成品中均發現有大于2級的α相以及呈鏈狀、網狀分布的TiN夾雜物存在。
 

2.1 α相的形成及影響

　　鉻-鎳奧氏體不銹鋼中α相的形成及含量與各種因素有關，如化學成分、熱處理、冷熱成型工藝等等，化學成分是其中決定性因素。本批螺栓材料雖然各含量都在標準要求的范圍內，但鋼中不僅含有較高的殘余強鐵素體形成元素Mo，而且奧氏體形成元素Ni含量靠近下限。鋼中α相級別隨著鎳含量的升高而降低，隨著鉻含量的升高而升高。
 

　　對于鉻-鎳奧氏體不銹鋼，為保證自高溫快冷后鋼的組織是單相的奧氏體，鎳的含量應大于下列經驗公式所給出的數據。Ni＞1.1×（Cr+Mo+1.5×Si+1.5×Nb）－30×C－0.5×Mn－8.2。根據本批材料的合金元素含量計算，Ni＞9.45%才能保證得到單純的奧氏體組織，而本批材料中鎳含量偏下限，Ni當量偏低而使組織中出現δ鐵素體。
 

　　材料中α相面積含量根據理論計算：α相級別=1.0×Si+0.5×Cr+1.64×Ti－10.86×C－0.29×Ni－0.08×Mn－4.64=2.399～2.4，與實測相吻合。這說明材料中出現較多α相是由于其合金元素配比不合理，鎳含量及鎳當量偏低以及含有較高的殘余強鐵素體形成元素所造成的。
 

　　鐵素體相與奧氏體基體之間化學成分、力學性能及熱穩定性存在差異，在冷變形時變形流動性能也不一樣，因此鐵素體的出現給奧氏體不銹鋼帶來諸多不利影響，尤其是其塑性顯著降低，而冷熱加工產生裂紋的傾向性增大。
 

2.2 TiN夾雜物的形成及影響

　　TiN夾雜物是含Ti不銹鋼中的主要夾雜物，其形成和分布主要與澆注工藝和方法密切相關，其次與鋼中含Al也有關系。如果未采取有效的保護澆注措施，鋁極易被二次氧化形成Al₂O₃夾雜物，并成為TiN形核的核心。TiN夾雜物在上浮過程中不斷長大，容易于Al₂O₃夾雜物形成夾雜物群聚集分布。
 

　　鋼中加入Ti的目的是為了抑制（Cr，Fe）₂₃C₆在晶界上析出，消除晶間腐蝕傾向。當Ti元素以TiN夾雜物大量析出且聚集分布時，對材料主要產生兩方面的危害：一方面由于Ti元素與N元素結合析出，使C元素無法或僅有少量與Ti結合，致使晶間腐蝕傾向增大，同時TiN夾雜物本身也使材料的抗腐蝕能力降低；另一方面，TiN夾雜物是脆性相，硬度高，呈棱角狀，易聚集分布，破壞了鋼材的連續性并造成應力集中，降低了鋼材的塑性、韌性和抗疲勞性能，在外力作用下容易成為裂紋源。
 

3.結論

　　本批06Cr19Ni10（SUS304）不銹鋼材料由于合金元素配比不合理，鎳含量及鎳當量偏低，加上含有較高的殘余強鐵素體形成元素Mo，使得材料中存在較多δ鐵素體，是其產生表面冷鐓裂紋的主要原因，而材料中呈鏈狀、網狀聚集分布的TiN夾雜物，不僅對冷鐓裂紋的產生了疊加影響，而且將影響其抗腐蝕能力。

來源：金蜘蛛緊固件網