不锈钢复合板封头复层母材条形缺陷成因及案例分析

不锈钢复合板封头复层母材条形缺陷成因及案例分析

于新婕

易派客电子商务（海南）有限公司 海南省海口市 570100

摘要：本文分析了某设备制造厂外协的Q345R/S30408不锈钢复合板封头出现的复层母材条形缺陷的原因及过程，并通过制造工艺过程分析及铁素含量分析、化学成份分析、金相组织分析等定量分析，确定了此炉批号产生复合板封头复层条形缺陷为环境开裂机理-晶间腐蚀现象即具备缺陷形成的三个要素。

关键词：不锈钢复合板封头；条形缺陷；腐蚀

某厂外协采购的Q345R/S30408不锈钢复合板封头回厂后，在进行不锈钢层打磨去除退火氧化层后，进行不锈钢复层全表面PT检查，发现不锈钢复层表面存在大量条形缺陷。并且发现此问题后，对后续进厂的同炉批号、同制作工艺的封头进行上述检查，均存在类似问题。

1、Q345R/S30408不锈钢复合板封头缺陷描述及封头成型过程简述

1.1复合板封头不锈钢复层宏观检查

图1显示的是复合板封头不锈钢复层抛光后，全表面PT检查样品，从图1可以看出不锈钢复层表面沿周向存在大量条形缺陷。对上述条形缺陷进行打磨清除后PT检查缺陷消除（1mm深度）

图1缺陷形状

1.2封头制作工艺过程简述

封头采用冷旋压工艺进行成型，然后进行620℃退火空冷方式进行消应力热处理，然后对不锈钢复层进行酸洗钝化处理（HNO3+HF+H2O）。

2、原因分析

在复合板封头复层发现条形缺陷后，对成型前封头原材料质保书进行审核，审查内容包括：原材料基层、复层及复合板化学成分、力学性能、晶间腐蚀、贴合率性能均符合相关标准要求。鉴于原材料符合相关工艺要求，但封头成型后不锈钢存在缺陷情况，我方采取一下几个方面对缺陷产生原因进行分析：复层从化学成分、复层金相组织检测、复层铁素体含量、以及封头制作工艺几个方面进行原因分析。

2.1铁素体含量分析

对封头不锈钢复层缺陷表面进行铁素体含量检查以及缺陷打磨去除后铁素体含量检查，铁素体含量均为3.6-3.8%之间满足GB24511附录要求。

故排除因铁素体含量过高或过低在旋压过程中施加外力及退火热处理处理时δ-铁树体转变成σ  相铁素体，导致材料性能恶化。

2.2化学成份分析

对封头不锈钢复层缺陷表面进行PMI检查，检查后对相关元素与GB24511标准对比，未发现化学成分存在异常，故排除因化学成分异常造成材料失效，导致母材表面存在条形缺陷。（成份对比见表1）

表1成份对比表

化学成分	Mn	Ni	Cr	Cu
标准值	≦2.00	8.00～10.50	18.00～20.00	—
实测值	1.12	18.33	8.02	0.069

2.3 金相组织分析（微观）

对封头不锈钢复层母材取进行试样，共取4组：一组为不锈钢复层原始表面仅仅抛光后（大约0.1mm）；一组为不锈钢复层原始表面抛光+侵蚀后（大约0.1mm）；一组为不锈钢复层原始表面抛光+侵蚀后（大约0.3mm）；一组为不锈钢复层原始表面抛光+侵蚀后（大约1.0mm），对上述4组试样进行抛光检验，显微镜下观察情况如下：

第一组检查情况为：第1组金相检查，从金相图片中可以看出是典型的晶间腐蚀形貌，不仅晶界被腐蚀成沟槽，还有晶粒被腐蚀后脱落留下空间。（图2、3）

图2 图3

第二组金相检查，从金相图片中可以进一步证明缺陷是由于晶间腐蚀造成，腐蚀沟槽全部沿着晶界蜿蜒曲折，当晶界全部被腐蚀后，晶粒脱落，就留下个个空洞。（图4、5）

图4 图5

第三组金相检查，从金相图片中看出金相组织为孪晶奥氏体，晶粒内存在大量滑移线，晶界上与晶界结点处还残留一些晶间腐蚀痕迹，该点说明封头旋压外力造成晶界滑移。（图6、7）

图6 图7

第四组取样（1mm厚度处）并进行侵蚀，金相组织为栾晶奥氏体，晶粒内存在滑移线，但无晶间腐蚀现象。（图8、9）

图8 图9

2.4封头工艺分析

封头制作成型经历1次外力，和1次热处理、1次酸洗钝化。

2.4.1封头旋压外力：

封头旋压过程为冷加工成型过程，在该过程中施加的外力引起晶界组织结构的不均匀变化（金相图片中的晶界滑移等），因结构的不均匀而产生应力；

2.4.1封头旋压后热处理：

查看封头质保书，封头成型后进行620℃的旋压后退火处理（退火消应力），该温度在不锈钢敏化区范围内，使不锈钢母材产生敏化现象，导致晶界间存在贫Cr现象，使材质产生劣化。

封头在进行20℃的旋压后退火处理（退火消应力）时，因复合板基层材料与复层材料膨胀系数不同，导致复层表面存在拉伸应力。

2.4.1腐蚀环境

经与封头厂沟通得知，封头在进行退火后未经去除表面氧化膜直接进行酸洗钝化处理，该方式为保证不锈钢酸洗钝化效果，而延长了酸洗钝化时间（过渡酸洗钝化），使不锈钢母材长时间处于腐蚀环境中。

结论

通过对上述情况所述，复合板封头复层条形缺陷为环境开裂机理-晶间腐蚀现象即具备缺陷形成的3要素：应力—不锈钢复合板封头在旋压成型过程中造成的材料结构的不均匀+热处理时表面拉伸应力；材料敏华—敏化造成晶界贫Cr，使贫Cr区（阳极）与机体（阴极）之间形成一个具有很大电位差的原电池）腐蚀环境—封头存在过渡酸洗钝化现象，在过酸洗钝化腐蚀环境下，为晶间腐蚀提供腐蚀环境。有上述三要素造成不锈钢复层晶间腐蚀开裂，开裂起始位置从应力最大处、且直接与腐蚀环境接触侧开始，延伸至母材未发生晶间腐蚀处。

参考文献

[1] 程建伟,赵林杰,杨家辉,等.仿真技术在制造质量问题分析中的应用研究[J].设备监理,2018,(6).

[2] 淡婷,李晓光,何莎,等.紧固件折叠缺陷的开裂失效典型案例分析[J].物理测试,2019,37(4)

作者简介

于新婕（1986-）女，山东济南，工程师，硕士研究生，易派客电子商务（海南）有限公司.