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        不銹鋼鏈板開裂原因分析

        發布時間:2014-8-14 10:06:32   來源:輸送機械設備網(www.yuyinsh.com)   作者:上海昱音機械

          某清洗設備傳送帶用302不銹鋼鏈板在使用中發生開裂。據使用方介紹,該清洗設備主要采用工業自來水清洗各種車輛,制作鏈板的不銹鋼板供貨狀態為固溶處理,沖制成鏈板后再未做任何熱處理。鏈板使用1年后發生開裂。為了弄清不銹鋼鏈板的開裂原因,我們對其進行了失效分析。 
          1、理化檢驗
          (1)宏觀檢查
          采用超聲波對開裂鏈板進行清洗后,目視檢查, 可以看到裂紋有的起源于鏈板外側,有的起源于孔的內側,同時可以看到裂紋源處大多存在黃色腐蝕產物。對開裂鏈板進行測量,兩頭內孔直徑為<4.4mm,兩頭外圓直徑為<10.9mm,中間最小寬度為7.7mm,總長度為23.6mm,厚度為1.5mm,已經貫通的裂紋寬度最大為0.2~0.3mm。
          (2)化學成分分析
          對開裂鏈板取樣做化學成分分析,由表1可見,材料成分符合標準要求。
          表1 鏈板材料化學成分(質量分數/%)

        項目 C S P Si Mn Cr Ni
        實測值 0.14 0.013 0.033 0.76 1.68 17.61 8.02
        標準值 ≤0.15 ≤0.030 ≤0.045 ≤1.00 ≤2.00 17.0~19.0 8.0~10.0

          (3)金相分析
          對失效鏈板進行切割、鑲嵌、磨拋后,置于光學顯微鏡下觀察,可以看到裂紋整體上曲曲折折,寬度為0.04~0.09mm,有斷續現象。一條裂紋起源于鏈板外側,另一條較短的裂紋起源于鏈板內側。裂紋有明顯的沿晶開裂特征。
          對鏈板取樣作夾雜物檢查,根據GB/T 10561-2005/ISO4967:1998(E),實際檢驗A法,用ISO評級圖得夾雜物級別為:A0.5,B0,C0,D0.5, 結果表明失效鏈板非金屬夾雜物級別并不高。
             采用王水浸蝕后觀察,裂紋處的顯微組織為等軸狀奧氏體+少量鐵素體,可以看到裂紋具有明顯的沿晶開裂特征,還可以看到鏈板孔內側存在較明顯的晶粒變形痕跡。
          根據GB/T6394-2002,用ASTME112-1992評級圖評定,裂紋處晶粒度為7級。
          用電解法進行輕腐蝕,可見有大量未溶碳化物存在,并有沿晶界呈網狀分布的特征。
          (4)顯微硬度測定
          采用4.9N(0.5kg)載荷對失效鏈板做顯微硬度測定,結果為:269,256,258,262,254,262HV。
          (5)腐蝕產物能譜分析
          對鏈板表面殘留的黃色腐蝕產物進行能譜分析,其主要成分有氧、鈉、鋁、硫、氯、鉀、鈣、鉻、鐵和鎳等,半定量分析結果表明,腐蝕性介質氧、硫和氯含量均較高,其質量分數分別為10.9%,4.4%和7.2%。
          2、結果分析
          由理化檢驗結果可以得出:失效鏈板材料化學成分符合302不銹鋼的要求;顯微組織正常,晶粒細小,夾雜物級別不高,但奧氏體晶界有未溶網狀碳化物存在,鏈板兩頭內孔壁有冷加工變形痕跡;顯微硬度值略高于相關標準;失效鏈板為沿晶開裂;失效鏈板表面和開裂面的腐蝕產物中均含有較高含量的氧、氯和硫等強腐蝕性物質。
          綜合以上分析結果可以判斷:該不銹鋼鏈板開裂性質為晶間腐蝕開裂,在冷加工殘余應力和使用過程中拉應力的作用下產生了開裂。
          晶間腐蝕是腐蝕局限在晶界附近而晶粒本身腐蝕比較小的一種腐蝕形態,其結果將造成晶粒脫落或使材料的強度降低。晶間腐蝕的機理是貧鉻理論。不銹鋼因含鉻而有很高的耐蝕性,其鉻含量必須超過12%,否則其耐蝕性和普通碳鋼差不多。顯微硬度檢驗結果偏高說明制作鏈板的不銹鋼板固溶效果不夠理想。金相檢驗發現大量未溶碳化物,并沿晶間呈網狀分布,說明該材料未經固溶處理,或固溶處理溫度不高,時間較短,碳化物未經充分溶解,合金化程度較差。而且,熱處理溫度低,鉻擴散速度減慢,碳化鉻沉淀加快,更加速了貧鉻區的形成;同時,沿晶界分布的碳化鉻會加劇晶界貧鉻,如果鉻含量降到12%(鈍化所需極限鉻含量)以下,則貧鉻區處于活化狀態,作為陽極,它和晶粒之間構成腐蝕原電池。貧鉻區是陽極,面積小,晶粒是陰極,面積大,從而造成晶界附近貧鉻區的嚴重腐蝕。
          對于不銹鋼材料,晶間腐蝕通常產生于高溫有機酸介質中。而該失效不銹鋼鏈板的工作環境與各種車輛的污染程度以及污染物種類密切相連,清洗時用的最多的就是水,所以鏈板必然接觸有機酸介質。
          另外,該鏈板硬度偏高和302不銹鋼本身較高的碳含量都會使該鏈板的耐蝕性有所降低,而鏈板在工作中因和鏈輪之間摩擦以及傳輸中受到拉伸,都會使鏈板的溫度有所升高,這也會加快鏈板的腐蝕速率。一旦鏈板產生了晶間腐蝕,其強度將明顯降低,于是在承受拉應力和其本身存在冷加工殘余應力的情況下便發生了開裂。
          根據以上分析結論,建議生產方將不銹鋼鏈板材料改為含碳量較低的304不銹鋼,并確保原材料固溶處理質量。采取該措施后,生產出的不銹鋼鏈板在使用中再未發生過開裂現象。



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