不锈钢U形螺栓的断裂原因

杨海涛

(同济大学 材料科学与工程学院,上海 200092)

某不锈钢U形螺栓使用约0.5 a(年)后发生断裂。该螺栓材料为S30408不锈钢，实际使用中表面涂有油漆保护。图1为断裂螺栓的宏观形貌，图1 a)可见断裂位置位于U形螺栓的底部平直段，在螺栓其他位置也存在多处裂纹，图1 b)可见一侧断口表面有明显锈迹。为找出该U形螺栓的断裂原因，对其进行了一系列检验和分析，以期类似事故不再发生。

1 理化检验

1.1 化学成分分析

采用电感耦合等离子体发射光谱仪和碳硫仪对螺栓进行了化学成分分析，结果见表1。可见未断裂螺栓的化学成分符合GB/T 20878-2007《不锈钢和耐热钢 牌号及化学成分》的成分要求，而断裂螺栓的碳元素和硫元素均超标[1]。

表1 断裂螺栓和未断裂螺栓的化学成分(质量分数)Tab.1 Chemical compositions of the fractured and unfractured bolts (mass fraction) %

1.2 硬度测试

在断裂U形螺栓断口附近位置取硬度试样，采用显微维氏硬度计进行测试，结果见表2。由表2可知，断裂U形螺栓断口附近的硬度平均值为241 HV0.3。GB/T 1220-2007《不锈钢棒》中规定固溶处理后304不锈钢原料棒的硬度应不大于200 HV0.3[2]，但奥氏体不锈钢存在冷加工硬化现象，因此断裂U形螺栓硬度偏高可能与此有关。

表2 断裂螺栓的硬度测试结果Tab.2 Hardness test results of the fractured bolt HV0.3

1.3 拉伸试验

在断裂U形螺栓和未断裂螺栓相同位置取拉伸试样后进行拉伸试验，结果见表3。可见断裂螺栓的抗拉强度和屈服强度分别高达965 MPa和786 MPa，远高于标准参考值[2]；其断后伸长率仅为26.5%，未达到标准，这说明断裂螺栓的强度过高且塑性和韧性较差。

表3 断裂螺栓和未断裂螺栓的……