Page 76 - 理化检验-物理分册2021年第十一期

DOI : 10.11973 / lh jy -wl202111015

某电厂高中压缸高温螺栓断裂的原因

王芬玲, 王天剑, 李清松, 刘嘉伟, 裴玉冰

( 东方汽轮机有限公司, 德阳 618000 )

摘 要: 某电厂在运行1.5×10 h后, 高中压缸高温螺栓发生断裂。通过化学成分分析、 力学性
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能试验、 断口分析、 显微组织观察和能谱分析等方法, 分析了螺栓断裂的原因。结果表明: 螺栓在长
期高温和复杂应力作用下, 局部晶界处发生蠕变, 材料性能衰退, 在机组运行过程中裂纹在蠕变处
萌生, 并沿晶界扩展, 最终导致螺栓断裂。
关键词: 高温; 螺栓; 蠕变; 断裂

中图分类号: TK269.1 文献标志码: B 文章编号: 1001-4012 ( 2021 ) 11-0060-03

CausesofFractureofHi g hTem p eratureBoltofHi g h-MediumPressure

C y linder inaPowerPlant

WANGFenlin g WANGTian j ian , LIQ in g son g LIUJiawei , PEIYubin g
,
,

( Don g fan gTurbineCo. , Ltd. , De y an g 618000 , China )

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Abstract : Aftera p ower p lanto p eratedfor1.5×10 hours , hi g htem p eratureboltofhi g h-mediump ressure

c y linderwasfractured.Throu g hchemicalcom p ositionanal y sis , mechanical p erformancetest , fractureanal y sis ,

microstructureobservationandener gy s p ectrumanal y sis , thereasonsforboltfracturewereanal y zed.Theresults

showedthatundertheactionoflon g -term hi g htem p eratureandcom p lexstress , cree poccurredatlocalg rain

boundariesandthematerial p ro p ertiesdeclined.Durin g theo p erationoftheunit , cracksinitiatedatcree p location

andp ro p a g atedalon gg rainboundaries , eventuall y leadin g toboltfracture.

Ke y words : hi g htem p erature ; bolt ; cree p ; fracture
进入21世纪后, 我国经济高速发展, 同时也面
临着能源紧缺与环境污染等问题, 提高能源利用率 1 理化检验
和能量转化效率的最有效手段就是提高装置的运行 1.1 宏观观察
参数 [ 1-4 ] 。螺栓作为汽轮机汽缸、 管道法兰、 各种阀 该电厂高中压缸由74支螺栓紧固, 采用规格为

门等使用的关键零件, 不仅在结合面上承受着防漏 ϕ 120mm×1530mm 的双头螺柱, 设计工作温度

气所施加的初始预紧弹性应力, 还承受着高温运行 为 537℃ , 螺栓材料为 20Cr1Mo1VNbTiB 钢。该

及机组启停过程中产生的各种静、 动应力, 使螺栓在 双头螺栓的螺纹长度约为 180mm , 螺栓的断裂位

运行过程中易出现蠕变损伤 [ 5-9 ] 。 置位于螺纹长90mm 处, 如图1a ) 所示。由图1b )

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某电厂运行1.5×10 h后, 在检修过程中发现, 可见: 螺栓断口平整, 断口被氧化后呈灰黑色, 螺纹
高中压缸高温螺栓发生断裂。笔者通过化学成分分 断面垂直于螺栓轴向; 从裂纹扩展的放射状条纹特
析、 力学性能试验、 断口分析、 显微组织观察和能谱 征来看, 裂纹源位于外螺纹根部, 裂纹从螺栓外表面
分析等方法, 对螺栓断裂的原因进行分析, 并提出应 向心部扩展, 裂纹源部分区域因磨损而被破坏, 瞬断
对措施。 区位于螺栓中心圆孔处。
1.2 力学性能试验
断裂螺栓的化学成分满足标准要求, 为全面分
收稿日期: 2020-10-28
作者简介: 王芬玲( 1989- ), 女, 工程师, 主要从事透平用部件失 析断裂螺栓的力学性能, 在螺栓近断口处( 1 号试
样) 以及螺柱上( 2号试样) 分别截取试样, 进行力学
效分析及金属材料研究工作, 122723321@ qq .com
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