304不锈钢探针杆断裂分析

304不锈钢探针杆断裂分析

--美信检测  失效分析实验室

摘要：
    本文从304不锈钢探针杆断裂的案例出发，分析了不锈钢探针杆的失效机理——探针杆断裂主因在于母材本身质量欠佳（热处理工艺不当），次要原因是焊接热影响。

图1.探针杆断裂位置

关键词：
    304不锈钢、探针杆、断裂、晶界弱化
1. 案例背景：
    该304不锈钢探针杆在输油管道内服役1个月之后，在其与法兰连接部位近焊缝区发生断裂。探针杆直径为Φ16×3mm，输油管道外径为Φ406mm，流速约3m/s，服役温度300℃。
2. 分析方法简述：
    对断口进行形貌观察，经观察分析发现，探针杆断口形貌为典型的疲劳断口形貌，且疲劳源位于管壁外侧；端口处存在大量的解理刻面，且存在大量细小平行排列的 疲劳条纹，断裂方式属于解理断裂。对断口附近的组织形貌进行分析，分析发现，母材和近焊缝区域的组织均为奥氏体+沿变形方向呈带状分布的δ铁素体+沿晶界 分布的碳化物。由此可以得出，探针杆在焊接前并未进行有效的热处理，高温δ铁素体和晶界碳化物的存在会降低其力学性能。

图2.断口宏观形貌（微区）

图3.典型的晶界弱化SEM照片

3. 结果与讨论：
    探针杆断裂位置位于焊缝根部，处于应力集中区，断裂模式属于大应力作用下的单源疲劳断裂。焊接前原材料热处理工艺存在缺陷，并未进行有效的热处理，高温δ铁素体和晶界碳化物的存在导致其力学性能大幅下降，抗疲劳能力减弱，大大降低了产品的服役寿命。
4. 建议：
    经以上分析可知，探针杆母材的热处理工艺不当，因此委托单位应对供应商提供的原料进行来场检验，剔除不合格的原料，或者在焊接之前进行适当的热处理工艺，消除高温δ铁素体和晶界碳化物。