关键词：紧固件；断裂；脆性断口
0 引言
某电厂吸收塔中用于固定承重梁保护层材料的U型紧固件，在安装使用一个月后出现批量断裂，断裂位置均在U型紧固件底边，紧固件材质为ASME SA-240 S32750，规格为U型3×10mm，紧固件在使用过程中的受力情况如图1所示。
1 理化检验
1.1 宏观检验
对紧固件断口进行观察，如图2所示，断口截面未见缩颈等塑性变形现象，断口表面平齐，颜色呈暗灰色，有可见的人字纹花样，根据人字纹的指向可以看
出断裂起始位置在底边外侧直角棱部位。其中一侧断口的底边内侧棱线呈圆弧状，为断口在运输过程中或者失效后与其他物体摩擦所致。
1.2 化学分析
对紧固件进行化学成分分析，分析结果如表1所示。结果显示紧固件的化学成分中C含量超上限，不符合ASME SA-240对S32750成品分析的规定。
1.3 力学性能试验
在紧固件侧边取拉伸试样，在底边取布氏硬度试样，试验结果见表2。结果表明紧固件的拉伸性能和布氏硬度符合ASME SA-240对S32750的规定。
1.4 金相检验
选取紧固件底边靠近断口一段试样做纵向与横向截面的金相组织分析，金相组织如图3所示。金相组织未发现异常，铁素体含量约占40%左右，晶粒随着板材在长度及宽度的轧制而有所变形。将与断口垂直的纵向截面抛光并观察，未发现与断口垂直的二次裂纹，如图4所示。
1.5 扫描电镜分析
对紧固件的断口进行扫描电镜观察，如图5所示，断口表面裂纹源附近未见附着的腐蚀产物、二次裂纹及腐蚀坑，断口上部分凸出的晶粒被磨平，晶粒表面有划痕，是由于紧固件断裂后断口间互相摩擦或与其他物体刮擦所致[1]。对失效断口进行能谱分析，分析结果如图6所示，结果显示失效断口表面均有一定量的S、O元素，证明抱箍失效断口及表面有一些烟气附着物。
2 讨论与分析
2.1 由试验结果可知，紧固件的化学成分不符合ASME SA-240对S32750成品分析的规定，紧固件C含量远超标准上限要求，C含量的过高会降低钢的塑性，因此紧固件的室温拉伸延伸率贴近下限。
2.2 通过宏观观察及受力分析可知，紧固件底边呈弧型向外侧突出，底边的形变是由于紧固件侧边螺栓紧固力过大而使承重梁对底边有一向下的较大压应力所致，另外底边还受到左右方向的拉应力，总体受到三向应力的作用。
2.3 通过对断口形貌的宏微观观察可知，断口表面平齐，呈脆性断口特征，依据人字纹指向可推测裂纹起源于底边外侧直角棱部位[2-3]，断口表面未见腐蚀产物、二次裂纹及腐蚀坑，断口失效后表面有一定程度的磨损，通过能谱分析可见断口及抱箍表面附着有含S、O等元素的烟气产物。
2.4 综合以上分析可知，紧固件底边断裂并非腐蚀所致，导致其断裂的原因主要有两点：
（1）内因为紧固件C含量超标准上限值，导致紧固件塑性降低。
（2）外因为紧固件被固定后底边受到较大的三向应力，在使用的过程中随着承重梁的震动，在某一瞬间承重梁对底边的压应力会达到一极限值，而底边切削加工，易导致直角棱线产生微裂纹，裂纹根部的三向应力使应变受到约束，同时应力集中大大超过平均水平，为脆性断裂的发生创造了有利条件[4]。
3 结论
3.1 紧固件化学成分不满足ASME SA-240对S32750成品分析的规定[5]。
3.2 紧固件断裂失效的原因为所受应力过大及材料本身韧性降低综合导致的非腐蚀脆性断裂。
参考文献
[1] 姜锡山, 赵晗. 钢铁显微断口速查手册[M]. 北京: 机械工业出版社, 2010: 120-121.
[2] 钟群鹏, 赵子华. 断口学[M]. 北京: 高等教育出版社, 2006: 184-187.
[3] 亨利, 豪斯特曼. 宏观断口学及微观断口学[M]. 北京: 机械工业出版社, 1990: 15-18.
[4] Derek Hull. 断口形貌学[M]. 北京: 科学出版社, 2009: 22-26.
[5] ASME SA-240/SA-240M-2017. 压力容器和一般用途用耐热铬及铬镍不锈钢板、薄板和钢带[S].
论文作者:王兆民 徐航 申雷 程义
论文发表刊物:《中国电业》2019年第12期下
论文发表时间:2019/11/29
标签：断口论文; 紧固件论文; 底边论文; 应力论文; 金相论文; 裂纹论文; 所示论文; 《中国电业》2019年第12期下论文;