摘 要:某火力发电厂汽轮机用２０Cr１Mo１VTiB 钢制高温紧固螺栓在安装时发生断裂.通过 宏观检验、化学成分分析、金相检验、断口分析、力学性能测试等方法对螺栓断裂的原因进行了分 析.结果表明:高温紧固螺栓材料的冶炼工艺中由于化学元素含量控制不当,导致碳含量严重超 标,造成螺栓的冲击吸收能量及塑性下降,最终促使螺栓发生断裂.
关键词:２０Cr１Mo１VTiB钢;高温紧固螺栓;断裂;化学成分;力学性能
中图分类号:TG１４２．７３ 文献标志码:B 文章编号:１００１Ｇ４０１２(２０１９)１１Ｇ０８０４Ｇ０４
高温紧固螺栓作为火力发电机组的重要连接部 件,一旦发生断裂将导致发电机组的运行故障,特别 是用于汽轮机的高温紧固螺栓的断裂将会造成设备 损坏甚至人身伤亡事故,关系到整个机组的安全运 行.高温紧固螺栓作为火力发电厂汽轮机的重要零 部件之一,在保证高中压外缸密封面的密封性上发 挥着重要的作用[１Ｇ３].目前高温紧固螺栓的材料主 要为低合金钢、１２％ 铬铁素体不锈钢、高温合金钢 等,随着越来越多的超临界机组投入运行,在高温、 高压、高应力及蒸汽氧化腐蚀的工况条件下,机组对 高温紧固螺栓的要求更加苛刻,通常要求其具有良 好的 强 度 和 塑 形 以 及 较 小 的 蠕 变 缺 口 敏 感 性. ２０Cr１Mo１VTiB 钢作为一种新型的贝氏体高温热 强钢,具有良好的持久强度、优异的抗松弛性能、出 色的持久塑性、较小的热脆性倾向和较低的缺口敏 感性,可以满足超临界机组对高温高压的要求[４Ｇ７]. 但是目前国内外火电机组的安全事故数据表明,服 役的２０Cr１Mo１VTiB 钢制高温紧固螺栓经常在安 装和拆卸时发生断裂,造成安全事故甚至人员伤亡. 某火力发电厂汽轮机使用的锅炉侧和汽轮机侧的 ２０Cr１Mo１VTiB钢制高温紧固螺栓(以下简称为炉 侧螺栓和机侧螺栓)在安装时发生断裂,规格均为 M３３mm×２７３mm.为查明２０Cr１Mo１VTiB钢制 高温紧固螺栓发生断裂的原因,以便采取措施避免类似失效再次发生,笔者对断裂的螺栓进行了检验 和分析,并提出了可行的预防措施.
１ 理化检验
１．１ 宏观检验
采用放大镜对断裂的炉侧螺栓和机侧螺栓的进 行宏观检验.由图１可见,两根螺栓的断面形貌相 似,断面整体较平整,断裂均发生在牙底处,距光杆 约两个螺纹,断口与法兰结合面平齐.两根螺栓的 断裂机理相同,均呈现疲劳断裂的特征[８].断面存 在裂纹源区、扩展区和瞬断区,在裂纹源区呈现出凹 凸面,存在明显缺口.
