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中压内缸螺栓断裂原因分析
谢亿屈国民陈红冬
湖南省电力公司科学研究院,湖南长沙,410007)
摘要:采用宏观形貌观察、化学成分分析、全相组织观察与力学性能试验等方法,对莱发电厂中压内缸螺栓断裂原因
进行了分析。结果表明,该螺栓在卸过程中温控不当,导致螺栓内壁过热、灼仿,微观组织恶化,硬度偏高,最终断裂
失效,并提出相应的建议
关键词:螺栓:断裂分析;显微组织
Fracture Analysis of Intermediate Pressure Inner Cylinder Bolt
Xie Yi, Qu Guomin, Chen Hongdong
(Hunan Electric Power Corporation Research Institute Changsha Hunan 410007)
Abstract: Analysis of the intermediate pressure inner cylinder bolt was conducted by visual inspection, chemical composition analysis,
metallographic examination and mechanical tests. The results showed that superheated intemal surface resulted from unsuitable tem-
perature control in construction deteriorated the microstructure and hardness of the bolt, gave rise to the failure. Suggestions were
put forward in the end
Key words: bolt, fracture analysis, microstructure
1事故概况
2检测试验
某电厂一台亚临界机组在2009年6月大修揭2.1宏观检查
缸检査时发现中压内缸有一根螺栓断裂,其规格
螺栓断裂位置在螺杆邵位,试样实物及断口宏
为M0×863.6mm,材质不确定,可能为观形貌如图1(a)所示。从宏观照片中可以看出
25Cr2MolV或20 CRLMOLVTIB。该机组于1990年断裂起源于螺栓内壁凹坑处,该凹坑直径大约为
底投运,首次出现中压内缸螺栓断裂情况。
13mm,其附近内壁发黑,见图1(b)。同时断口
可见裂纹扩张的辉纹,具有疲劳断裂的特性。
作者简介:谢亿(1982-),男,湖南衡阳人,工学博士,工程师,从事事故分析及理化试验工作。
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(a)宏观形貌
(b)放大图
图1螺栓断口图
1。对比DLT439-2006《火力发电厂高温紧固件
2.2化学成分分析
技术导则》,可以明确材质为20Cr1 MOIVTIB,且
对螺栓进行了化学成分分析,试验数据见表各元素成分含量满足标准要求。
表1螺栓的化学成分试验数据
(%)
元素
si
Mo
Ti
B
标准0.17-0.230.40-0.600.40-0.600.90-1.300.75~1.000.45-0.65≤0.300.16-0.28≤0.250.001-0005
试样0.19
0.44
0.59
1.12
0.84
0.47
0.13
0.21
0.16
注:*表示试验精度达不到
图3是失效螺栓凹坑附近的取样,箭头方向
2.3显微金相组织
表示从内壁到外壁的顺序。图4是凹坑处金相组
2 Crl MOLVTIB钢在国内又名蒸汽2号,具有织,发现有平行于断面的裂纹,见图4(a)。同
良好的综合性能,常用于工作温度小于570℃的火时,四坑处金相组织呈熔融态网状,属典型过热
力发电厂高温螺栓和阀体間。20Cr1 Mol VTIB钢正组织,见图4(b)。
常组织为回火贝氏体,如图2所示。
图220Cr1 MOIVTB钢正常组织,500x
图3失效螺栓凹坑附近的取样(箭头方向表示从内壁到外壁
史+。39
(a)凹坑附近的裂纹
(b)凹坑处内壁金相组织
图4凹坑处的金相组织100x
为进一步追溯内壁凹坑形成的原因,对凹坑并呈方向性排列,见图5(a);凹坑次邻部位的晶
紧邻、次邻和远离部位的金相组织形貌进行了观粒细小,为正火组织,见图5(b);远离凹坑部位
察。凹坑紧邻部位的组织为贝氏体,晶粒粗大,的组织为正常贝氏体形态见图5()
(a)坑紧邻部位的金相照片
(b)次邻部位的金相照片
(e)远离凹坑的金相照片
图5内壁凹坑附近的金相照片500x
40
方比指
DONGFANG TURBINE
2.4力学性能试验
达到785MPa,伸长率达到14%,材料的拉伸力学
对螺栓试样取样进行拉伸试验(试验数据见表性能符合DLT439-2006《火力发电厂高温紧固件
2),Rm平均值为978MPa,结果表明材料抗拉强度技术导则》标准要求。
表2螺栓的拉伸试验数据
编号截面尺寸/ mmmm
抗拉强度 Rm/Mipa
断裂总伸长率A/%
标准要求
12.40×4.98
980
DLT439-2006规定
20Cr1 MOLVTIB的
12.44×4.96
Rm>785MPA
12.42×5.00
966
A≥14%
2.5硬度试验
宏观检查发现螺栓内壁凹坑附近发黑,并且
对螺栓进行硬度试验,试验位置如图6所示,凹坑处金相组织呈熔融态网状,属于典型过热现
试验数据见表3。硬度试验结果表明材料布氏硬度象,可以判定该凹坑是高温灼伤痕迹。同时,失
稍微偏高。
效螺栓凹坑附近金相组织粗大,表明此处发生过
奥氏体粗发,进一步证实过热事实。结合电厂情
况,分析认为该螺栓在加热装卸过程中,其温度
控制未得到有效监控,造成螺栓内壁过热甚至发
生灼伤。该不当施工导致螺栓内侧组织劣化,并
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且在灼伤处产生裂纹源。在机组运行过程中,裂
图6硬度试验部位示意图
纹发生扩展并最终导致螺栓断裂失效。
4结论和建议
表3螺栓硬度试验数据
编号检验部位硬度值
标准要求
该螺栓断裂主要原因是螺栓在装卸加热时温
1靠近螺栓内壁290
度控制不当,引起螺栓内壁灼伤产生了裂纹源
DI/T439-2006规定
2内外壁之间309
并最终导致螺栓断裂失效。
20CRIMOIVTIB
针对以上情况建议电厂对同类螺栓,特别是
3靠近螺栓外壁302
HB为25~293
同时期进行装卸的螺栓进行内窥镜检查,确认是
否还有类似问题的螺栓,同时严肃规范对螺栓装
6冲击试验
卸的施工工艺,避免此类事故的再次发生。
对螺栓进行冲击试验,冲击功Ak平均值为
50.2J,大于DI/T439-2006《火力发电厂高温紧
参考文献
固件技术导则》标准要求的39,合格。
1]中华人民共和国电力行业标准.DL/T439-2006.火カ发
电厂高