Page 48 - 理化检验-物理分册2023年第二期

陈盛广, 等: 1000MW 机组高温再热器入口集箱刚性吊架断裂原因

红褐色、 表明不平整且粗糙, 源区位于螺纹根部表面
1 理化检验
且较为平整, 终断区位于断口源区对侧且面积较小,
1.1 宏观观察 断面未见明显疲劳弧线, 断口宏观形貌如图2所示。

某超超临界1000MW 机组高温再热器的左侧

集箱3 , 4 , 5 , 6 , 7 刚性吊架螺纹吊杆发生断
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裂, 高温再热器入口集箱的中部向下弯曲变形。采
用激 光 水 平 仪 测 量 集 箱 的 最 大 弯 曲 变 形 量 达
40mm 。断口位于大包内小罩下方靠近管夹的螺纹

段, 均断裂于牙根部位, 断面不平整且较为粗糙, 断
口均无宏观缺陷。根据断口表面氧化及颈缩结构特
征, 确定最开始断裂的是5 刚性吊架, 因此选取左
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图2 断口宏观形貌
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侧集箱中部的5 刚性吊架进行分析。

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5 刚性吊架螺纹吊杆总长度约为 5800mm , 1.2 化学成分分析

中间光杆直径为50mm , 两端螺纹长度为300mm , 依据相关标准 GB / T20125 — 2006 《 低合金钢

螺距为3mm , 按照 GB / T28703 — 2012 《 圆柱螺纹 多元素的测定 电感耦合等离子体发射光谱法》 和
GB / T20123 — 2006 《 钢铁 总碳硫含量的测定 高频

检测方法》 测 量 螺 纹 根 部 的 圆 弧 半 径 为 0.39~
感应炉燃烧后红外吸收法》 对螺纹吊杆材料进行化
0.41mm , 圆弧半径符合要求。
宏观检查发现螺纹吊杆外表面呈红褐色( 见图 学成分分析, 结果如表1所示。由表1可知: 螺纹吊

1 ), 且断裂于光杆附近的螺纹根部, 断口附近存在颈 杆的各项化学成分均符合 ASTM A182 — 2020 《 高
缩现象并向一侧弯折, 最大颈缩量为11% 。断面呈 温用锻制或轧制合金钢公称管道法兰、 锻制管配件、
阀门和零件》 标准的相关要求。
1.3 室温拉伸性能测试
在螺纹吊杆远离断口部位和断口部位附近分别

截取2个轴向拉伸试样, 依据 GB / T228.1 — 2021

《 金属材料 拉伸试验 第 1 部分: 室温试验方法》 对
螺纹吊杆试样进行室温拉伸性能测试, 结果如表 2
所示。由 表 2 可 知: 各 试 样 的 拉 伸 性 能 均 满 足
图1 螺纹吊杆宏观形貌
ASTM A182 — 2020对 F12钢1级的要求。
表1 螺纹吊杆的化学成分分析结果 %
质量分数
项目
C Mn P S Si Cr Mo
实测值 0.13 0.61 0.019 0.004 0.27 0.91 0.45
1级 0.05~0.15 0.30~0.60 ≤0.045 ≤0.045 ≤0.50 0.80~1.25 0.44~0.65
标准值
2级 0.10~0.20 0.30~0.80 ≤0.040 ≤0.040 0.10~0.60 0.80~1.25 0.44~0.65
表2 试样的室温拉伸试验结果 第1部分: 试验方法》, 使用维式硬度计进行硬度测
抗拉强 断面收 断后伸 塑性延伸
项目 试, 检测载荷设定为 98N , 持续时间为 15s , 依据
度 / MPa 缩率 / % 长率 / % 强度 / MPa
GB / T33362 — 2016 《 金属材料 硬度值的换算》 将维
试样1 466 75 31.0 317
试样2 465 74 32.5 312 式硬度换算为布氏硬度, 结果如表 3 所示。由表 3
实测值
可知: 螺 纹 吊 杆 基 体 各 试 样 的 布 氏 硬 度 均 符 合
试样3 461 75 37.0 312
试样4 457 75 34.0 304
1级 ≥415 ≥45 ≥20 ≥220 ASTM A182 — 2020对 F12钢1级的要求。
标准值
2级 ≥485 ≥30 ≥20 ≥275 1.5 扫描电镜分析
1.4 硬度测试 在扫描电镜( SEM ) 下观察螺纹吊杆的断裂部
位, 结果如图3所示。由图3可知: 酸洗前螺纹吊杆
在螺纹吊杆基体部位分别截取4个硬度试样,
断面覆盖有大量的氧化产物; 酸洗后螺纹吊杆断面
依据 GB / T4340.1 — 2009 《 金属材料 维氏硬度试验
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