电厂主汽门用紧固螺栓断裂原因分析.pdf
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1、.157第10 期电厂主汽门用紧固螺栓断裂原因分析孙振西(山东省安泰化工压力容器检验中心有限公司济南2 5 0 0 0 0)摘要】某电厂主汽门用X18CrMoVNbN11-1紧固螺栓在生产厂热紧安装投用15 个月后发生断裂,对断裂螺栓通过宏观观察、扫描电镜分析、能谱分析、金相分析、以及维氏硬度检测,对断裂的原因进行了分析。结果表明:由于螺栓在生产过程中热处理工艺不当造成晶粒粗大,塑性、韧性降低,机组频繁启停温度变化造成热应力集中,并且螺栓内表面机加工粗糙萌生裂纹,在静载荷的作用下逐步扩展最终导致螺栓断裂失效。【关键词】紧固螺栓;塑性低;热处理;应力集中前言:某发电厂汽机主汽门用紧固螺栓发生断裂
2、。断裂螺栓材质为X18CrMoVNbN11-1,成分与X19CrMoVNbN11-1和2 Cr12MoVNbN近似,规格为M64350mm,采用渗氮和退火处理。螺栓是在生产厂已热紧安装,并随主汽门到厂组装。就位15 个月后值班人员发现螺栓断裂掉落,期间机组未运行。本文通过对断裂的螺栓进行宏观、微观断口分析,金相分析,化学成分分析,冲击试验和显微硬度试验,较为详细的了解了断裂螺栓的各方面性能并对断裂的原因进行了分析。1试验1.1宏观分析失效螺栓由螺栓帽与紧固面交界处断裂,断裂面距外部螺纹边缘9.5 cm,螺栓外表面可见氧化色和锈迹,如图1所示。螺栓断口整齐,无明显塑性变形,断面可见明显放射状条纹
3、及断裂台阶,整体呈现脆性断裂特征 1-3 ,断面条纹汇集处位于中心孔边缘,颜色较暗,基本可确定为裂源。螺栓断口外边缘可见随基体断裂的表面渗氮层,如图2 所示。螺栓中心孔内壁如图3 所示,未见明显腐蚀及损伤,渗氮层薄厚不均且机加工粗糙。56789101234568930元图1断裂螺栓宏观形貌作者简介:孙振西,(198 7-)男,硕士,工程师,主要研究方向:承压设备定期检验及金属构件失效分析。158-2023年第2 6 卷密封安全石油和化工设备图2 螺栓断面宏观形貌图3 螺栓中心孔壁宏观形貌1.2化学成分检测:使用SPECTROTEST定量光谱仪,对断裂螺栓进行化学成分检测,数据表明,断裂螺栓中除
4、Cr含量略高于其质保书标准值,其他元素成分均在其要求范围内。结果如下:表1化学成分检测结果(质量分数)元素CSiMnPSCrMoVNiNbN试样0.190.120.550.0220.00111.270.590.140.330.250.071质保书要0.17一0.3010.0-0.50一0.10一0.20一0.25一0.05一0.500.0250.015求值0.230.8011.00.800.300.500.550.081.3微观分析将切取的断口用无水乙醇经超声波清洗后,采用扫描电镜(SEM)对始断位置和终断位置断口进行微观形貌观察,如图4所示,断口以沿晶断裂为主,属于脆性断裂,且未发现明显腐蚀
5、产物及疲劳裂纹扩展条纹。20umEHT=20.00kVSignalA=SE1Date:6Aug2020ZEISSWD=6.90mmMeg500 xTime:17:16:52图4螺栓断口SEM形貌159第10 期孙振西电厂主汽月紧固螺栓断裂原因分析1.4金相检测10um(a)100m(b)图5 断裂螺栓金相组织100um图6 断裂螺栓抛光后照片利用金相显微镜对断裂螺栓基体进行显微组织检测,结果如图5 所示。可以看出断口附近螺栓基体组织为马氏体位向的回火索氏体,对螺栓中心孔边缘短时轻微侵蚀,可见中心孔边缘与基体之间存在夹杂、大量细小孔洞等缺陷,如图6 所示。1.5维氏硬度检测:首先对螺栓试样横截面
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