Page 52 - 理化检验-物理分册2023年第一期

宋艳双, 等: 某铁路桥梁用20MnTiB钢高强螺栓断裂原因

了相关预防措施, 以避免该类问题再次发生。 的 Mn元素含量高于标准的上限要求。 Mn元素含
量过高会降低材料的耐腐蚀性能, 并产生明显的回
1 断裂螺栓概况
火脆性现象。

表1 断裂螺栓的化学成分分析结果 %
该钢桁梁杆间所用高强螺栓的规格为24mm×
90mm ( 直径×长度), 材料为20MnTiB钢, 性能等级 项目 质量分数

C Mn Si Ti B
为10.9级。主桥钢桁梁杆间设计螺栓共276032套,
实测值 0.20 1.68 0.201 0.0675 0.002
全面排查后发现, 下弦杆高强螺栓断裂了151套。螺
标准值 0.17~ 1.30~ 0.17~ 0.04~ 0.0008~

栓表面经过发黑处理, 金属表面产生一层氧化膜, 以 0.24 1.60 0.37 0.10 0.0035
隔绝空气, 达到防锈的目的。断裂螺栓暴露在较为潮
湿的空气中, 且螺栓断口没有进行相应的外观保护处 2.3 力学性能测试

根据GB / T230. — 2018 《 金属材料 洛氏硬度试验
1
理, 断口处严重氧化生锈( 见图1 )。高强螺栓的制造
第1部分: 试验方法》, 在断裂螺栓的横截面距离中心
工艺为: 热轧盘条→球化( 软化) 退火→机械除磷→酸
1 / 4螺纹直径位置取样, 用洛氏硬度计对试样进行硬度
洗→冷拔→冷锻成形→螺纹加工→热处理→检验。
测试, 结果如表 2所示。根据GB / T228. — 2010 《 金属
1
材料 拉伸试验 第1部分: 室温试验方法》, 使用液压万

能试验机对同批次生产的螺栓进行力学性能测试, 结
果如表3所示。可见螺栓的硬度和力学性能均符合
GB / T1231 — 2006 《 钢结构用高强度大六角头螺栓、 大

六角螺母、 垫圈技术条件》 的要求。
表2 断裂螺栓的硬度测试结果 HRC
图1 断裂螺栓的宏观形貌
实测值1 实测值2 实测值3 平均值 标准值
2 理化检验 34.7 36.1 38.6 36.5 33~39
表3 同批次螺栓的力学性能测试结果
2.1 复检试验
抗拉 屈服 断后 断面
对断裂螺栓同批次生产的螺栓进行复检试验。 项目
强度 / MPa 强度 / MPa 伸长率 / % 延伸率 / %
高强螺栓的复检试验有: 螺栓楔负载试验、 螺母保证 实测值1 1148 1130 27.5 66.1

载荷试验、 螺母硬度试验、 垫圈硬度试验、 扭矩系数测 实测值2 1194 1168 29.0 65.0

实测值3 1183 1151 28.5 65.4
试等。结果显示同批次螺栓的复检试验结果均合格。
标准值 1040~1240 ≥940 ≥10 ≥42
2.2 化学成分分析

在断裂螺栓上取样, 根据标准 GB / T4336 — 2.4 金相检验

2016 《 碳素钢和中低合金钢 多元素含量的测定 火 采用线切割的方法在螺栓的横截面以及纵截面

花放电原子发射光谱法( 常规法)》, 采用直读光谱仪 处取样, 将试样进行研磨、 腐蚀, 然后用光学显微镜
对试样进行化学成分分析, 结果如表1所示。根据 观察断口横截面和纵截面的显微组织, 结果如图 2
所示。由图2可知: 螺栓的组织为回火屈氏体+少

标准 GB / T3077 — 2015 《 合 金 结 构 钢》 和 GB / T

222 — 2006 《 钢的成品化学成分允许偏差》, 螺栓中 量铁素体, 组织均匀分布, 压根两侧无明显的脱碳

图2 螺栓断口横截面和纵截面的显微组织形貌

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