摘 要:某火力發(fā)電廠汽輪機(jī)用２０Cr１Mo１VTiB 鋼制高溫緊固螺栓在安裝時(shí)發(fā)生斷裂.通過 宏觀檢驗(yàn)、化學(xué)成分分析、金相檢驗(yàn)、斷口分析、力學(xué)性能測(cè)試等方法對(duì)螺栓斷裂的原因進(jìn)行了分 析.結(jié)果表明:高溫緊固螺栓材料的冶煉工藝中由于化學(xué)元素含量控制不當(dāng),導(dǎo)致碳含量嚴(yán)重超 標(biāo),造成螺栓的沖擊吸收能量及塑性下降,最終促使螺栓發(fā)生斷裂.
關(guān)鍵詞:２０Cr１Mo１VTiB鋼;高溫緊固螺栓;斷裂;化學(xué)成分;力學(xué)性能
中圖分類號(hào):TG１４２．７３ 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B 文章編號(hào):１００１Ｇ４０１２(２０１９)１１Ｇ０８０４Ｇ０４
高溫緊固螺栓作為火力發(fā)電機(jī)組的重要連接部 件,一旦發(fā)生斷裂將導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行故障,特別 是用于汽輪機(jī)的高溫緊固螺栓的斷裂將會(huì)造成設(shè)備 損壞甚至人身傷亡事故,關(guān)系到整個(gè)機(jī)組的安全運(yùn) 行.高溫緊固螺栓作為火力發(fā)電廠汽輪機(jī)的重要零 部件之一,在保證高中壓外缸密封面的密封性上發(fā) 揮著重要的作用[１Ｇ３].目前高溫緊固螺栓的材料主 要為低合金鋼、１２％ 鉻鐵素體不銹鋼、高溫合金鋼 等,隨著越來越多的超臨界機(jī)組投入運(yùn)行,在高溫、 高壓、高應(yīng)力及蒸汽氧化腐蝕的工況條件下,機(jī)組對(duì) 高溫緊固螺栓的要求更加苛刻,通常要求其具有良 好的 強(qiáng) 度 和 塑 形 以 及 較 小 的 蠕 變 缺 口 敏 感 性. ２０Cr１Mo１VTiB 鋼作為一種新型的貝氏體高溫?zé)?強(qiáng)鋼,具有良好的持久強(qiáng)度、優(yōu)異的抗松弛性能、出 色的持久塑性、較小的熱脆性傾向和較低的缺口敏 感性,可以滿足超臨界機(jī)組對(duì)高溫高壓的要求[４Ｇ７]. 但是目前國(guó)內(nèi)外火電機(jī)組的安全事故數(shù)據(jù)表明,服 役的２０Cr１Mo１VTiB 鋼制高溫緊固螺栓經(jīng)常在安 裝和拆卸時(shí)發(fā)生斷裂,造成安全事故甚至人員傷亡. 某火力發(fā)電廠汽輪機(jī)使用的鍋爐側(cè)和汽輪機(jī)側(cè)的 ２０Cr１Mo１VTiB鋼制高溫緊固螺栓(以下簡(jiǎn)稱為爐 側(cè)螺栓和機(jī)側(cè)螺栓)在安裝時(shí)發(fā)生斷裂,規(guī)格均為 M３３mm×２７３mm.為查明２０Cr１Mo１VTiB鋼制 高溫緊固螺栓發(fā)生斷裂的原因,以便采取措施避免類似失效再次發(fā)生,筆者對(duì)斷裂的螺栓進(jìn)行了檢驗(yàn) 和分析,并提出了可行的預(yù)防措施.
１ 理化檢驗(yàn)
１．１ 宏觀檢驗(yàn)
采用放大鏡對(duì)斷裂的爐側(cè)螺栓和機(jī)側(cè)螺栓的進(jìn) 行宏觀檢驗(yàn).由圖１可見,兩根螺栓的斷面形貌相 似,斷面整體較平整,斷裂均發(fā)生在牙底處,距光桿 約兩個(gè)螺紋,斷口與法蘭結(jié)合面平齊.兩根螺栓的 斷裂機(jī)理相同,均呈現(xiàn)疲勞斷裂的特征[８].斷面存 在裂紋源區(qū)、擴(kuò)展區(qū)和瞬斷區(qū),在裂紋源區(qū)呈現(xiàn)出凹 凸面,存在明顯缺口.
