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S43100不鏽（xiù）鋼是引（yǐn）進於（yú）ASTM標（biāo）準中（zhōng）的材料，是一種馬氏體-鐵素體（tǐ）型不鏽鋼，其特（tè）點是在保留鐵素體不鏽鋼耐蝕性的同時，又具（jù）有馬氏體不鏽鋼的（de）高強度，在工業上應用廣泛（fàn）。一般螺（luó）栓使用的（de）材料為40CrNiMoA、42CrMo及12Cr13等，但由於材料在海水環境中的耐（nài）蝕性不如（rú）S43100不鏽鋼，因此（cǐ）在海水環境中的螺栓首選材料改為S43100不鏽鋼，但是S43100不鏽（xiù）鋼的熱處理工藝製度非常嚴格，極易引起腐蝕（shí）脆裂。本文以斷裂的S43100不鏽鋼螺栓（shuān）為研究對象，分析造成螺（luó）栓斷裂的原因。

1.斷裂（liè）情況

某項目斷（duàn）裂的S43100 不鏽鋼螺栓為（wéi）電渣（zhā）重熔生產的鍛造棒料，規格為φ40mm×300mm ，其化學成分：w C =0.137% 、w Mn =0.15% 、w Si =0.58% 、w S =0.006% 、w P =0.024% 、w Cr =16.88% 、w Ni =2.32% 。螺栓的熱處理工藝為淬火：1020 ℃保溫後油冷至200 ℃以（yǐ）下出爐空冷至室（shì）溫，回火：530 ℃保溫（wēn）後（hòu）空冷至室溫。然後將試樣加工成標距為30mm 、平行部（bù）分直徑6mm 的棒狀拉伸試樣，並在RSA250 萬能試驗機上（shàng）按照GB/T 228 —2002 《金屬（shǔ）材料室溫拉伸試驗方法》進（jìn）行常溫拉伸（shēn）試驗，其實測的力學性能與標（biāo）準技術要求如表1 所示（shì）。

表1 S43100不鏽鋼力學性能

項目	標準	試樣1	試（shì）樣2	試樣3
抗拉強度/MPa	931	1021	1026	1012
屈服強度/MPa	833	872	887	892

實際產品斷裂的雙頭螺栓，如圖1所示，其斷（duàn）裂部位位於螺（luó）杆與帶螺紋的螺栓頭聯接處。

圖1 斷裂螺（luó）栓照片

2.斷裂原因分析

該（gāi）斷（duàn）裂螺栓斷口清洗前，整個（gè）斷麵無明顯的剪切唇（chún），螺栓斷口上存在較厚腐蝕產物。SEM/EDX 元素分析表明腐蝕產物中主要含有Fe 、Cr 、O 、C 和Cl 元素，還含少量S 、Si 元素，表明實際服役環境中含Cl - 等侵蝕性離子。

經過酸洗和用毛刷去除腐蝕產物後的斷口（kǒu）形貌如圖2所示。采用掃描電子顯微鏡對去除（chú）腐蝕產物後的（de）斷口的微觀特征進行了觀察，結果表明，斷裂螺栓（shuān）斷口呈現典型的（de）沿晶斷裂特征，斷口呈現冰糖狀特征。

圖2 斷裂螺栓斷口形貌

圖3為S43100不（bú）鏽鋼熱處理後掃描電鏡SEM照片。由圖3可知，熱處理後的S43100不鏽鋼以索氏體為主，均布著呈塊狀的鐵素體，並且晶內和晶（jīng）界彌散分布大（dà）量的（de）碳化物且連續分布。

（a）

（b）

圖3 S43100不鏽鋼熱處理後的SEM照片

另（lìng）取3 件螺栓，將其加工成標距為35mm 、平行部分直徑5mm 的棒狀拉伸試樣，以應變速率為1.0 ×10 -6 s -1 ，在慢應變（biàn）速率（lǜ）拉伸應力腐蝕試驗機上按照標準GB/T15970.7 —2000 《金屬（shǔ）和合（hé）金（jīn）的腐蝕應力腐蝕試驗第7 部分：慢應（yīng）變速率試驗》進行應力腐蝕敏感性測試，其慢拉伸試驗（SSRT）結果列於表2。通常應力腐蝕敏感性位於0~1 之間，該值越大，材（cái）料的應力腐蝕敏感性就越高（gāo），由表2 可以看出，經過調質處理後的S43100 不鏽鋼均有（yǒu）不同程度的損失，而且離（lí）散型（xíng）很大，其中試樣6的應力腐（fǔ）蝕敏感性最大，達到0.44 。

表2 S43100不鏽鋼慢拉伸試驗結果

項目	試樣4	試樣5	試樣6
抗拉強度/MPa	892	903	915
屈服強度/MPa	770	748	795
應力腐（fǔ）蝕敏感性	0.25	0.09	0.44

圖4為試樣4經慢應（yīng）變速率試驗後的斷口和截麵形貌。由圖（tú）4可知斷裂方式為脆性斷裂，沒有明（míng）顯的塑性變形，呈沿晶斷裂斷口特征，截麵形貌觀察表明試樣的裂（liè）紋沿著晶（jīng）界擴展（zhǎn），表明其斷裂（liè）屬性為（wéi）應力腐蝕開裂。

（a）斷口

（b）截麵

圖4 S43100不鏽鋼（gāng）SSRT試驗後的斷口和截麵形貌

S43100不鏽鋼需要經過熱處理才能（néng）得到相應的力學性能，但是此（cǐ）鋼在530℃左（zuǒ）右回火時，晶界上析出大量的含Cr碳化物，從而形成貧Cr區，從而降低了材料的（de）耐蝕性。

3.改進措施

以往的S43100不鏽鋼螺栓技術（shù）要求的屈服強度為833MPa，但是（shì）近來國外（wài）壓縮機使用此（cǐ）材料螺栓時已經改（gǎi）為采用屈服強度為（wéi）686MPa。鑒於S43100不鏽鋼在（zài）530℃附近有大量的含Cr碳化物析出，降低材料的耐蝕性（xìng），根據國外經驗（yàn）和以上的檢驗結果，將（jiāng）S43100不鏽鋼（gāng）螺栓的回火溫度改為600℃。

另取同（tóng）批螺（luó）栓鍛件6件，對其進行淬火：1020℃保溫後油冷至200℃以下出爐空冷至室溫，回火：600℃保溫後空冷至室溫的熱處（chù）理工藝，取（qǔ）其中3件試樣進行力學性能檢測，其結果為：試樣7屈服強度806MPa、試樣8屈服強度811MPa和試樣9屈服強度794MPa。將剩餘3件（jiàn）試樣進行應力腐蝕敏感性檢驗，其（qí）慢拉（lā）伸試驗（SSRT）結果均為（wéi）0，說明此時S43100不鏽鋼的應力腐蝕敏感性（xìng）很小，然後對編號為8的試樣進行斷口掃描檢驗，如圖5所示，無明顯腐蝕斷裂情（qíng）況出現。