Page 49 - 理化检验-物理分册2023年第三期

石顺梅: 高压主汽阀双头螺柱断裂原因

图5 螺柱 A2和 B1冲击试样断口的宏观形貌

螺柱 A1和 A2的显微组织明显不同, 其晶粒较细, 导致螺柱发生断裂。
螺柱 B1的硬度、 室温拉伸试验结果和室温冲击试
3 结论及建议
验结果均符合标准要求, 冲击试样断口的晶粒较细,
边缘有明显剪切唇, 塑性较好。 3.1 结论

依据 DL / T715 — 2015 《 火力发电金属材料选 该高压主汽阀双头螺柱断裂原因是, 螺柱晶粒
用导则》 可知, 螺柱 A1 的材料为 20Cr1Mo1VTiB 粗大、 冲击韧度低, 服役时间较长, 产生了黑色网状
钢, 该钢的力学性能较均匀, 持久强度高、 持久塑性 奥氏体晶界异常组织, 导致材料脆化, 缺口敏感性和
高、 淬透性好、 抗松弛性能好, 且缺口敏感性低、 热脆 脆化倾向增大, 在检修期间受拆卸冲击力的作用, 螺

倾向小, 用作螺柱时推荐的最高使用温度为570℃ 。 柱发生了脆性断裂。
该钢经常出现晶粒粗大现象, 导致其力学性能变差, 3.2 建议

当硬度大于260HB 时, 该钢的晶粒越粗大, 冲击吸 ( 1 )对断裂螺柱同材料、 同规格或同期投产的
收能量越低。 其他螺栓进行扩大检查, 建议将该机组 A 侧主汽阀
根据有关资料显示 [ 5 ] , 对于主要受轴向载荷并 的螺柱全部更换。

承受拉应力的螺栓, 常见的破坏位置有: ① 与螺母 ( 2 )高温螺栓的入厂检验非常重要, 特别是
配合部分的第一螺牙根部, 该处受力占总载荷的 20Cr1Mo1VTiB钢的组织、 晶粒度和硬度应重点
31% , 失效概率约为65% ; ② 螺纹与光杆部分的过 复核。

渡区, 失效概率约为20% ; ③ 螺栓头与螺杆的过渡 ( 3 )机组检修时应严格按照标准要求对高温螺
处, 失效概率约为15% 。螺柱在使用中受力状态复 栓进行无损检测、 硬度测试和金相检验, 螺栓累计运
杂, 主要受到拉伸、 扭转以及复合应力的作用, 同一 行时间达到8×10 h时, 应从螺栓组中选择1根有

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截面中, 外表面受力最大, 因此外表面的薄弱部位极 代表性的螺栓进行解剖试验, 并根据解剖试验结果
易萌生微裂纹, 当裂纹萌生后, 材料受到的应力和材 进行相应处理。
料的塑性储备量对裂纹的扩展起决定性作用, 该断 参考文献:
裂螺柱 A1的脆性大、 韧性较低, 非常有利于裂纹的
扩展。在检修期间, 为将螺柱拆卸下来, 会施加适当 [ 1 ] 李戈,郭 延 军, 王 鲁, 等. 某 电 厂 汽 轮 机
的力矩并进行敲振, 来回活动螺柱或螺母, 使其松 20Cr1Mo1VNbTiB钢汽门螺栓开裂失效分析[ J ] . 金
动, 因此螺柱必将受到额外的附加应力, 增大了危险 属热处理, 2021 , 46 ( 5 ): 248-252.
[ 2 ] 张健, 王若民, 陈国宏, 等.20Cr1Mo1VTiB 钢制高温
截面的过载风险。
综上所述, 断裂螺柱在制造过程中因热处理工 紧固螺栓断裂失效分析[ J ] . 理化检验( 物理分册),
艺不当, 存在晶粒粗大问题, 影响了力学性能, 即冲 2019 , 55 ( 11 ): 804-807.
[ 3 ] 邱康勇, 张杰, 吴继权. 主汽门阀盖螺栓断裂失效分析
击吸收能量低; 在长期高温服役过程中, 碳化物沿原
[ J ] . 理化检验( 物理分册), 2018 , 54 ( 4 ): 304-307.
奥氏体晶界析出并聚合长大, 形成脆性相, 增大了材
[ 4 ] 王昊.20Cr1Mo1VTiB 螺栓断裂原因分析及其检验
料的缺口敏感性和脆化倾向; 运行过程中在拉伸应
[ J ] . 技术与市场, 2018 , 25 ( 3 ): 27-29.
力及其他应力的综合作用下, 危险截面的外表面最 [ 5 ] 陶春虎. 紧固件的失效分析及其预防[ M ] . 北京: 航空
薄弱处萌生了微裂纹, 并缓慢沿原奥氏体晶界扩展, 工业出版社, 2013.
检修期间受拆卸冲击力的影响, 裂纹快速扩展, 最终
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