304不锈钢断裂分析

        本文从304不锈钢探棒断裂的情况开始，分析了不锈钢探棒的失效机理。探针棒断裂的主要原因是基材本身的质量差（热处理工艺不当），其次是焊接热。

 



图1.探头轴的断裂位置

 

1.案例背景：

304不锈钢探棒在输油管道中投入使用1个月后，它在法兰连接附近的焊接区断裂。探杆的直径为Φ16×3mm，输油管道的外径为Φ406mm，流速约为3m/s，使用温度为300℃。

 

2.简要分析方法：

观察断口形态，观察分析发现，探杆的断口形态是典型的疲劳断口形态，疲劳源位于管壁外。港口有大量的劈裂面，并且有大量的平行排列的小疲劳条纹，断裂模式属于劈裂断裂。分析了裂纹附近的组织形态，发现母材和焊接区域附近的组织均为奥氏体+沿变形方向带状分布的δ铁素体+沿晶界分布的碳化物。可以得出结论，探棒在焊接前没有得到有效的热处理，并且高温δ铁素体和晶界碳化物的存在会降低其机械性能。

 



图2.裂缝的宏观外观（微小区域）

 



图3.典型晶界弱化的SEM照片

3、结果与讨论：

探针杆的断裂位置位于焊缝的根部，在应力集中区域，断裂模式属于大应力作用下的单源疲劳断裂。焊接前的原料热处理工序存在缺陷，无法进行有效的热处理。高温δ铁素体和晶界碳化物的存在会导致其机械性能显着降低，抗疲劳性下降，并大大缩短产品的使用寿命。

4、建议：

从以上分析可以看出，探针棒基体的热处理工艺不当，因此委托单位应当对供应商提供的原材料进行现场检查，以去除不合格的原材料，或者进行处理。焊接前进行适当的热处理工艺，可消除δ铁素体的高温体和晶界碳化物。