Page 70 - 理化检验-物理分册2024年第六期

冯电稳，等：海上油田电泵连接螺栓断裂原因

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夹杂物测试，将试样磨抛后置于光学显微镜下观察， 环境下引起的应力腐蚀裂纹 。
结果如图7所示。由图7可知：试样表面没有明显的 用硝酸乙醇溶液对1号和2号螺栓试样进行腐蚀，
夹杂物；2号螺栓试样下螺纹根部存在一条与断口平 依照GB/T 13298—2015 《金属显微组织检验方法》
行的微裂纹，螺栓面上还有多处点腐蚀坑[见图7a)]； 对螺栓进行金相检验，结果如图8所示。由图8可知：
裂纹走向曲折，长度约为1 mm[见图7b)]；2号螺栓 1号和2号螺栓试样显微组织均为回火索氏体，螺栓
试样断口附近存在微小裂纹，推测该裂纹属于腐蚀 试样显微组织均匀，没有明显粗大或异常的组织。

图 7 2 号螺栓纵向截面螺纹部位抛光态微观形貌

图 8 螺栓表面显微组织形貌
2 综合分析 蚀坑；由腐蚀坑引起沿晶应力腐蚀微裂纹；在电泵的

该螺栓在服役时承受拉应力，同时潜油电泵法 振动应力作用下，应力腐蚀裂纹发生疲劳扩展，直至
兰连接螺栓周围为腐蚀性介质环境，导致螺栓根部 1号螺栓最终断裂， 受力不均使其余螺栓快速断裂。
发生点腐蚀，且附近电泵存在一定振动，使螺栓受 断裂螺栓断口附近的螺纹存在小的开裂区域，裂
到一定的交变载荷，在交变载荷的作用下，螺栓发生 纹源处存在大量沿晶微裂纹，呈树枝状分布，具有应
腐蚀疲劳直至断裂。腐蚀疲劳是在交变载荷和腐蚀 力腐蚀裂纹形貌特征。在交变载荷的作用下，螺栓表
性介质的交互作用下形成裂纹及裂纹扩展的失效机 面产生点腐蚀凹坑，疲劳源附近的微裂纹向螺栓基体
制，由于腐蚀性介质会显著降低材料的疲劳极限，相 材料内部扩展，最终导致螺栓发生断裂。螺栓在服
比一般的机械疲劳，腐蚀疲劳的破坏性更严重。螺 役期间承受的预紧力为应力腐蚀的发生提供了必要
栓所受的交变载荷来自于螺栓的预紧力(主要为拉 的应力条件，同时电泵法兰螺栓附近周围介质工况复
应力) 及电泵工作产生的振动引起冲击载荷的共同 杂，含有H 2 S、CO 2 、Cl 及其他腐蚀性液体，螺栓与这
‒
作用。螺栓的疲劳裂纹源位于螺纹根部，该位置在 些腐蚀性介质接触后发生腐蚀，在螺栓表面形成初期
结构上属于应力集中区域 [5-6] ，另外，螺纹的滚压工 的点腐蚀凹坑，在结构件表面形成向材料内部纵深方
艺不良造成螺纹根部圆角较小，同样会使螺栓根部 向扩展的裂纹，这些裂纹成为疲劳源 [7-10] 。
产生应力集中。
3 结论与建议
根据螺栓断口的微观分析结果，可以确定1号
螺栓发生疲劳断裂，1号螺栓的断裂过程为：在CO 2 、 3.1 结论
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H 2 S、Cl 及液体环境作用下，在螺纹面产生多处点腐 该螺栓的断裂模式为疲劳断裂，疲劳裂纹均起
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