Page 51 - 理化检验-物理分册2023年第一期

DOI : 10.11973 / lh jy -wl202301011

某铁路桥梁用 20MnTiB 钢高强螺栓断裂原因

宋艳双 , 周友龙 , 陈昊宇 2

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( 1. 中铁六局集团广州工程有限公司, 广州 511400 ; 2. 西南交通大学 材料科学与工程学院, 成都 610031 )
摘 要: 某铁路主桥钢桁梁杆间 20MnTiB 钢高强螺栓发生断裂。采用复检试验、 化学成分分
析、 金相检验、 硬度测试、 力学性能测试和断口分析等方法, 分析了螺栓断裂的原因。结果表明: 螺
栓的断裂形式为氢致断裂, 断裂原因是螺栓中锰元素含量偏高, 导致耐腐蚀性下降, 长期在潮湿环
境下服役, 致使螺栓发生氢致断裂。

关键词: 20MnTiB钢; 钢桁梁杆; 高强螺栓; 氢脆; 氢致断裂

中图分类号: TB31 ; TG115 ; TH131.3 文献标志码: B 文章编号: 1001-4012 ( 2023 ) 01-0039-04

Fracturecauseof20MnTiBsteelhi g hstren g thboltforarailwa y brid g e

,
SONGYanshuan g ZHOUYoulon g CHENHao y u 2
1
,
1

( 1.ChinaRailwa ySixthBureauGrou pGuan g zhouEn g ineerin gCo. , Ltd. , Guan g zhou511400 , China ;

2.SchoolofMaterialsScienceandEn g ineerin g , SouthwestJiaoton gUniversit y , Chen g du610031 , China )

Abstract : The20MnTiBsteelhi g hstren g thboltbetweenthesteeltrussrodsofarailwa ymainbrid g ebroke.

Thecausesofboltfracturewereanal y zedb ymeansofrechecktest , chemicalcom p ositionanal y sis , metallo g ra p hic

examination , hardnesstest , mechanical p ro p ert y testandfractureanal y sis.Theresultsshowthatthefracturemode

oftheboltwash y dro g eninducedfracture.Thefracturecausewasthatthecontentofman g aneseelementinthebolt

wastoohi g h , whichledtothedeclineofcorrosionresistance.Thebolthadbeeninserviceforalon gtimeina

humidenvironment , resultin g inh y dro g eninducedfracture.

Ke y words : 20MnTiBsteel ; steeltrussrod ; hi g hstren g thbolt ; h y dro g enembrittlement ; h y dro g eninduced
fracture
螺栓是工业生产制造中极其重要的基础零部 表面, 导致螺栓出现过载或者预紧不足的情况, 最
件, 广泛应用于各行各业的机械装备中。螺栓的断 终使螺栓发生断裂 [ 2 ] 。螺栓机械加工不当时, 如
裂机制一直都是螺栓生产制造方和使用方关注的重 螺纹的精度不够、 流线不合格、 存在表面缺陷等也
点, 相关从业人员有必要了解螺栓的相关标准及制 会引起螺栓在服役期间断裂。热处理的温度区间
造工艺, 正确掌握螺栓常见缺陷的断口形貌分析等 或者保温时间控制不当, 螺栓的组织转变不充分,
技能 [ 1 ] 。 会导致螺栓强度和硬度不符合设计要求。增碳现
螺栓从选材、 生产制造到服役, 各个环节的相 象、 脱碳现象以及裂纹等缺陷在螺栓的热处理过
关问题处理不当都会导致螺栓发生断裂。例如, 程中都是十分常见的。
当螺栓的力学性能不符合设计标准或者原始材料 相对传统高强螺栓而言, 20MnTiB 钢高强螺栓
存在显微缺陷时, 螺栓的强度和塑性变差, 使螺栓 的冷锻效果好, 淬透性良好 [ 3 ] 。钢桁梁杆结构通过
的抗延迟断裂性能下降, 在服役期间发生断裂。 对螺栓杆预加拉力, 使连接板的板件夹紧, 进而产生
在安装螺栓时若装配应力过大, 会损伤螺栓局部 很大的摩擦力来承受外荷载。 20MnTiB 钢高强螺

栓是钢桁梁杆结构中最重要的连接件之一, 其产品
收稿日期: 2022-04-30
质量直接关系到钢桁梁杆的安全可靠性。笔者对某
作者简介: 宋艳双( 1976- ), 女, 本科, 高级工程师, 主要从事大
型土木工程的施工工作 铁路主桥钢桁梁杆间发现的断裂高强螺栓进行一系
列理化检验和分析, 查明了螺栓的断裂原因, 并提出
通信作者: 周友龙, g arr y 1234@163.com
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