Page 88 - 理化检验-物理分册2021年第十二期

陈亮平, 等: 汽轮机高温螺栓断裂原因

图1 断裂螺栓的宏观形貌

Fi g 1 Macromor p holo gy ofthefracturedbolt
分要求。
1.3 力学性能试验
在断裂螺栓和未断螺栓上分别取硬度试样、 拉
伸试样和 U 型缺口冲击试样, 采用 UTM5105型万
能材料试验机对其进行室温拉伸试验, 测定其抗拉
强度、 屈服强度和断后伸长率, 采用 JBN-300 型冲
击试验机测定其室温冲击吸收能量, 采用 HB-3000
型布氏硬度计测定其布氏硬度, 试验结果见表 2 。
图2 断裂螺栓的断口宏观形貌 结果表明, 螺栓的硬度、 抗拉强度、 屈服强度和断后

Fi g 2 Macromor p holo gy offractureofthefracturedbolt 伸长率均符合标准要求, 但是断裂螺栓的冲击吸收
光谱仪对其进行化学成分分析, 结果见表 1 。可见 能量仅为25J , 远低于标准要求, 表明断裂螺栓材料

其化学成分符合 DL / T439 — 2018 《 火力发电厂高 的脆性大, 抵抗冲击载荷的能力低。未断裂螺栓的
温 紧固件技术导则》 对 20Cr1Mo1VNbTiB 钢的成 冲击吸收能量为86J , 符合标准要求。

表1 螺栓的化学成分( 质量分数)

Tab 1 Chemicalcom p ositionsofbolts massfraction %
元素 C Si Mn P S Ni Cr Mo V Nb Ti Cu B
断裂
0.20 0.54 0.53 0.009 0.002 0.082 1.07 0.96 0.61 0.17 0.14 0.14 0.004
螺栓
对比
0.21 0.55 0.53 0.015 0.003 0.066 1.01 0.88 0.63 0.16 0.13 0.10 0.005
螺栓
0.17~ 0.40~ 0.40~ 0.90~ 0.75~ 0.50~ 0.11~ 0.05~ 0.001~
标准值 ≤0.025 ≤0.025 ≤0.30 ≤0.25
0.23 0.60 0.65 1.30 1.00 0.70 0.22 0.14 0.005
表2 螺栓的力学性能试验结果

Tab 2 Mechanical p ro p ertiestestresultsofbolts
屈服强度 抗拉强度 断后伸长率 冲击吸收 硬度 / HB
试样
/
/
R p 0.2 MPa R m MPa A / % 能量 / J 端面 距端面20mm 横截面
断裂螺栓实测值 953 1071 15 25 290 278

未断裂螺栓实测值 952 1066 17 86 266 269
标准值 ≥735 ≥834 ≥12 ≥39 252~302
1.4 宏观组织检验 螺栓的组织由宏观粗晶组成。
按 DL / T439-2018推荐方法对断裂螺栓和未 20Cr1Mo1VNbTiB钢粗晶的形成与制造、 热处

断裂螺栓的端面及断裂螺栓断口处横截面进行宏观 理等生产工艺有关, 属于过热组织。热加工过程温
组织检验, 如图3所示。在不同角度的光线下断裂 度达到A c1 ( 珠光体向奥氏体转变的初始温度) 以上,
螺栓端面及断口处横截面均呈现出不同色泽与光亮 或钢材多次加热至奥氏体再结晶温度以上后快速冷
度的多边形颗粒斑块, 肉眼可见粗大的晶粒, 采用放 却就会形成粗晶。在长期高温高压环境下, 过热组织

大镜观察可知晶粒平均直径在2mm 以上, 即断裂 中碳化物逐步析出, 会使材料的冲击韧性下降。

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