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奥氏体不锈钢紧固件的使用限制

时间：2020-09-29 来源：卢梭说压力容器 浏览：
新HG/T 20583审查稿的4.5.6规定：高温以及疲劳工况下法兰用紧固件不宜选用奥氏体不锈钢材料。
标准条文说明作了如下解释：基于奥氏体不锈钢紧固件在高温以及疲劳环境下容易出现时效脆化、易锁死（咬合）以及保温材料中氯离子对奥氏体不锈钢材料的点蚀现象，增加了紧固件出现密封失效的风险，因此对奥氏体不锈钢紧固件在高温以及疲劳环境下的使用进行限制。
今天我们主要了解一下奥氏体不锈钢的时效脆化和不锈钢紧固件的咬合。
时效脆化
奥氏体不锈钢在高温下长期服役后会在组织上出现一系列变化, 会严重影响到钢的一系列力学性能, 特别是使脆性明显上升, 韧性大幅度下降。
高温下长期服役后的脆化问题一般由两个因素所造成：一是形成碳化物, 二是形成σ相。碳化物( Cr23C6) 的形成温度是在奥氏体不锈钢的敏化温度区间, 即400～850 ℃, 而σ相( Cr-Fe 的金属间化合物) 的形成温度区间大约为600～980 ℃, 而不同合金成分的奥氏体钢析出σ相的温度区间是不同的。
不论碳化物相还是σ相, 在金相上的分布一般都集中在晶界上。这些高温析出相在材料长期服役后不断沿晶析出, 在晶界上甚至形成连续的脆性相, 极易形成沿晶断裂。σ相析出的结果是使奥氏体钢强度大幅上升( 强度可能升高一倍) , 还变得又硬又脆。高铬是形成高温σ相的主要原因, Mo、V、Ti、Nb等是强烈促使形成σ相的合金元素。Cr23C6在敏化温度上限温度以上会发生溶解, 但溶解以后的Cr 又会促进σ相的进一步形成。
咬合
不锈钢螺栓咬死类似于一种冷熔过程，主因是螺栓拧紧时摩擦产生瞬间高温导致金属熔合而产生沾黏现象。不锈钢材料表面在受损伤后会继而产生一层较薄的氧化层来防止进一步锈蚀，当不锈钢螺栓被锁紧时，牙纹间所产生的压力与热量会破坏这一氧化层，使得金属螺纹间发生阻塞或剪切，进而发生沾黏现象，随着螺栓锁紧，受力增大，最终使不锈钢紧固件完全咬死，无法拆下，通常这一系列的阻塞→剪切→黏着→锁死的一连串动作就发生在短短几秒钟内。
与此同时，不锈钢的黏性在使用时产生的钢屑易粘于螺母牙型处，增加了摩擦力，随着克服摩擦力的拧紧力逐步增大，这种咬死现象进一步加剧，特别是同类材质不锈钢紧固件之间更容易发生咬死现象，这也是螺栓、螺母应选用不同牌号材质的原因。
这种锁死咬合的现象多出现于不锈钢紧固件，而碳钢较少见，这是因为不锈钢的延展性较好，容易出现塑性流动。
 
[1] 王志文, 张而耕. 奥氏体不锈钢使用中值得注意的几个问题[J]. 化工机械, 2002, 29(6).
[2] 秦俭, 王琨, 刘海娜. 不锈钢螺栓咬死问题的解决措施[J]. 海河水利, 2017, S1.
 
 
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