摘要： 某公司室外钢结构楼梯螺栓断裂失效，采用宏观分析、化学成分分析、金相分析、硬度试验、断裂分析等方法分析螺栓断裂原因。 结果表明：螺栓断裂主要是由于螺栓的新鲜表面暴露在空气中，在腐蚀环境和应力的共同作用下，裂纹在应力集中的螺栓根部开始萌芽，裂纹由外向内扩展， 最后造成一次性骨折。关键词：钢结构;螺栓;骨折;腐蚀;中图分类号： TG TU 文献符号代码： B 货号： 室外钢结构楼梯具有强度高、重量轻、施工速度快、抗震性能好、安装拆卸方便等特点同时，在室外钢结构楼梯制作安装时，对表面进行喷涂、浸渍镀锌或烤漆等技术处理。 某公司在检查室外钢结构楼梯时，发现一个固定螺栓断裂失效。 断裂螺栓的公称材料为MNTIB钢，规格为m mm mm，性能等级为S，为高强度螺栓。 螺栓在室外钢结构楼梯中用作紧固件，如图所示，它在年月断裂，累计使用时间约为一（年）。高强度螺栓具有高抗拉强度、高表面硬度和良好的机械性能热处理一般采用调质处理，即淬火和高温回火表面处理常采用表面磷化或表面氧化。 断裂螺栓的热处理工艺为淬火回火，表面处理工艺为发黑。 为了找出该螺栓断裂失效的原因，笔者对其进行了试验分析。 
理化检验 失效螺栓的整体宏观形貌如图所示，可以看出螺栓表面涂有黄色油漆，但油漆表面不完整，螺栓的断裂位置是螺栓的根部，即应力集中位置。 螺栓断裂的整体宏观形貌如图所示，断口上可见明显锈蚀，断口较平坦，无明显塑性变形，断口上有明显的膨胀条纹，膨胀条纹的收敛处是开裂的根源，在膨胀条纹的最终发散方向附近有断裂台阶， 该处为最后一个断裂区[ ] 图为裂纹源区局部放大形貌，可见裂纹源位于螺栓边缘，裂纹呈扇形，由外向内扩展。
从断裂的螺栓中取光谱样品，清洗、干燥、研磨后，使用台式直读光谱仪进行化学成分分析，结果见表可以看出，断裂螺栓的元素含量符合GB T合金结构钢对MNTIB钢成分的技术要求。 
金相分析横截面金相分析截面试样在螺栓断裂处附近，并在光学显微镜下观察后通过镶嵌、研磨、抛光、体积分数）硝酸醇溶液进行化学侵蚀。试样的显微组织形貌如图所示，均匀回火的铕铁矿[ ]无明显异常。 
在螺栓头断裂源区纵断面进行纵断面金相分析，观察硝酸醇溶液镶嵌、研磨、抛光、化学侵蚀后的显微组织。 从图中可以看出，在断口附近，存在晶粒脱落现象[ ]。
硬度试验是在螺栓断裂附近截取截面面试试样，经镶嵌、研磨、抛光后进行维氏硬度试验，试验贯穿试样的整个截面，结果如表所示可以看出，螺栓硬度测试结果符合GB T对S级螺栓的技术要求，整个截面的硬度分布比较均匀，没有明显的动。 
裂纹源区及其附近表面覆盖物形貌和成分的断裂扫描电镜分析 将螺栓断裂切断，用无水酒精清洗干燥，置于扫描电子显微镜（SEM）中观察。 在螺栓开裂源区及其附近表面可以看到明显的覆盖层，覆盖层形貌和能谱（EDS）分析结果如图所示从能谱分析结果可以推断，覆盖物以氧化铁为主，也有少量的钠、氯、硫等元素。 
对断裂进行微观形貌分析，进一步清洗干燥，然后置于扫描电镜中观察。 图中为螺栓断裂源区形貌，沿晶粒可见岩糖状裂隙形貌，晶界处存在次生裂纹。 图中显示了裂纹扩展区的形貌，还可以看到岩糖状的形貌和晶界处的次生裂纹，同时可以看到坚韧的承插的存在。 图中为最后一个断裂带的形态，有大量的泪脊和小凹坑，是一次性断裂
从以上理化试验结果综合分析：断裂螺栓的化学成分符合GB T对锰钢的技术要求;显微组织为均匀回火索氏体，整个断面显微组织均匀横截面维氏硬度试验结果也均匀，无明显动，与均匀的显微组织一致。 螺栓除了在使用过程中的预紧力外，根据螺栓的安装位置，还承受一定的剪应力从断裂螺栓的宏观形貌可以看出，断裂发生在螺栓的根部，即应力集中区，在螺栓断裂纵断面的金相上可以看到晶粒脱落现象，这证实了螺栓在断裂前承受了较大的应力。 螺栓表面油漆有剥落现象，螺栓使用环境在海边，空气中含有较多的水分和盐分，这样可以判断螺栓是否被腐蚀。 根据能谱分析结果，裂隙表面的覆盖物以氧化物为主，并有钠、氯、硫等元素，证实了腐蚀的存在。 裂缝显微形态分析结果显示，裂缝起源区以岩糖样形态为主，膨胀带内也可见少量岩糖状形态和一些小凹坑，最终断裂带可见大量裂脊和小凹坑， 这是一次性骨折的特征。
基于以上分析，认为螺栓部位的新鲜表面暴露在空气中，在腐蚀环境和应力的共同作用下，螺栓根部萌发裂纹，裂纹由外向内扩展，最终造成一次性断裂。 结论与建议：螺栓断裂的主要原因是部分新鲜表面暴露在空气中，在腐蚀环境和应力的共同作用下，螺栓根部在应力集中出现裂纹，裂纹由外向内扩展，最终造成一次性断裂。 建议检查其他螺栓表面油漆的完整性，防止螺栓直接暴露在空气中;此外，螺栓在加载过程中应注意预紧力不要过大。 参考文献：[ 张奎志，** 曲铮 钢结构防腐在电厂中的应用[J] 全面腐蚀控制， 张东 失效分析[M] 北京：国防工业出版社， 张建国 MNTIB高强螺栓断裂原因分析[J] 热处理技术与装备， 张彦文， 吴立新， 王志芬， 等 储气罐连接阀螺栓断裂分析[J] 理化试验（物理分束）， 王宏，高青，戴振宇 MNTIB钢螺栓断裂失效分析[J] 理化测试（物理分），文章**—材料与测试网。