Page 47 - 理化检验-物理分册2024年第六期
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杨中娜，等：S32750双相不锈钢仪表管接头早期疲劳开裂原因
取金相试样，将试样置于光学显微镜下观察。 显微组织检验方法》和GB/T 15711—2018《钢中
根据GB/T 39077—2020《经济型奥氏体-铁素 非金属夹杂物的检验 塔形发纹酸浸法》对试样的显
体双相不锈钢中有害相的检测方法》检定材料是否 微组织和夹杂物进行分析。两个试样的金相检验结
存在有害σ析出相；根据GB/T 13298—2015《金属 果如表4所示。
表4 1，2号试样的金相检验结果 级
非金属夹杂物
试样编号 A（硫化物类） B（氧化铝类） C（硅酸盐类） D（氧化物类） 组织
细系 粗系 细系 粗系 细系 粗系 细系 粗系
1号 0 0 0 0 0 0 0.5 0 铁素体+奥氏体
2号 0 0 0 0 0 0 0.5 0 铁素体+奥氏体
由表4可知： 完好接头和开裂接头均存在D类细
系夹杂物，且两种接头组织均存在异常，除正常的铁
素体和奥氏体双相外，在完好接头和开裂接头的晶
界上均存在大量的第三相，即黑色颗粒状析出相，且
断口附近组织与远离断口处组织接近。完好接头和
开裂接头的显微组织形貌如图9所示。
图 10 析出相 SEM 形貌
析出相优先出现在铁素体和奥氏体的相界面
处，对腐蚀后的金相试样进行能谱分析，分析位置和
能谱分析结果如图11所示。由图11可知：析出相中
O元素含量较高，Cr、Ni、Mo元素含量略有降低。
用X射线能谱仪对基体和析出相进行微区成分
分析，结果如表5所示。由表5可知：析出相中O元
素含量较高，和基体相比，析出相中出现了Ca、Mg、
S等元素， 而Cr、Ni、Mo元素的含量明显降低。
2 综合分析
由宏观观察和断口分析结果可知，接头开裂形
式为疲劳开裂，裂纹起源于外表面激光刻字的局部
损伤区域，造成局部应力集中，是疲劳裂纹萌生的
直接原因，接头的脆性较大，在疲劳交变载荷的作用
图 9 完好接头和开裂接头的显微组织形貌 下，裂纹快速扩展。
1.6 扫描电镜和能谱分析 开裂接头的碳元素质量分数已经达到标准规
为进一步确定双相钢铁素体基体上黑色析出相 定的上限（0.03%），完好接头的碳元素质量分数也
的形态和化学成分，用SEM对试样进行分析。析出 接近上限，而材料证书上的碳元素质量分数仅为
相SEM形貌如图10所示。由图10可知：黑色析出 0.015%，说明该批次碳元素质量分数普遍偏高。
相变成白色析出相，析出相形态有颗粒状或长条状， 硬度测试结果表明，开裂接头的硬度略超标准
析出相数量多，尺寸在微米级，观察到最大析出相长 上限，说明接头的强度较大，脆性较大，韧性较差。
度为12 μm，中等大小的析出相长度约为4 μm。这 开裂接头和完好接头的晶界上析出大量有害σ
[7]
类析出相属于高硬度低延展性的σ金属间相， σ相严 相 ，降低了材料的冲击韧性，严重降低了材料的疲
重降低了材料的冲击韧性，在交变应力的作用下，这 劳抗力，这也是材料快速扩展的主要原因。固溶处
[6]
些微小析出相可使材料萌生疲劳裂纹 。 理温度过高和保温时间过长都会造成有害σ相的析
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