Page 55 - 理化检验-物理分册2023年第七期

DOI : 10.11973 / lh jy -wl202307010

汽轮机用 20Cr1Mo1VNbTiB 钢高温双头螺柱断裂原因

张志达, 张 炜, 许龙发

( 广州特种承压设备检测研究院, 广州 510663 )
摘 要: 某火力发电厂汽轮机用20Cr1Mo1VNbTiB钢高温双头螺柱发生断裂。采用宏观观察、
化学成分分析、 金相检验、 扫描电镜及能谱分析、 力学性能测试等方法对螺柱断裂的原因进行分析。
结果表明: 螺柱的第一扣螺牙根部存在粗晶区, 组织由回火贝氏体转变为马氏体相位的贝氏体, 材
料塑性、 韧性下降, 脆性增加, 在高温应力和交变载荷的作用下, 粗晶粒区发生沿晶开裂并不断扩
展, 最终导致螺柱发生脆性断裂。建议严格控制冶炼工艺和热处理工艺, 规范螺柱安装、 拆卸程序,
采用无损检测、 硬度测试等方法对螺柱进行出厂检验, 以保证其使用性能。
关键词: 20Cr1Mo1VNbTiB钢; 高温双头螺柱; 脆性断裂; 粗晶区

中图分类号: TB31 ; TG142.7 文献标志码: B 文章编号: 1001-4012 ( 2023 ) 07-0039-04

Fracturereasonofhi g htem p eraturestudboltof20Cr1Mo1VNbTiB

steelforsteamturbine

ZHANGZhida , ZHANG Wei , XULon g fa

( Guan g zhouS p ecialPressureE q ui p mentIns p ection&ResearchInstitute , Guan g zhou510663 , China )

Abstract : The20Cr1Mo1VNbTiBsteelhi g htem p eraturestudboltusedforsteamturbineinafossil-fuel

p owerstationfractured.Thecauseofboltfracturewasanal y zedusin gmethodssuchasmacrosco p icobservation ,

chemicalcom p ositionanal y sis , metallo g ra p hicexamination , scannin gelectron microsco pyandener gys p ectrum

anal y sis , mechanical p ro p ert y testin g .Theresultsshowthattherewasacoarse g rainzoneattherootofthefirst

threadofthestud.Themicrostructurechan g edfromtem p eredbainitetomartensitep hasebainite.Thep lasticit y

andtou g hnessofthematerialdecreased , whilethebrittlenessincreased.Undertheactionofhi g htem p eraturestress

andalternatin g load , inter g ranularcrackin gandcontinuousex p ansionoccurredinthecoarse g rainzoneandfinall y

ledtobrittlefractureofthestud.Itwasrecommendedtostrictl y controlthesmeltin gp rocessandheattreatment

p rocess , standardizedtheinstallationanddisassembl yp roceduresofthestuds , usednon-destructivetestin gand

hardnesstestin g andothermethodstocarr y outfactor y ins p ectionofthestudstoensuretheir p erformance.

Ke y words : 20Cr1Mo1VNbTiBsteel ; hi g htem p eraturestudbolt ; brittlefracture ; coarse g rain
20Cr1Mo1VNbTiB 钢是一种贝氏体高温热强 金元素的复合强化导致材料对热处理极为敏感, 调
钢, 其中含有的 Cr 、 Mo 、 V 等元素具有弥散强化和 质热处理工艺不当、 长期高温服役均可能使材料发
固溶强化作用, Nb 、 Ti 、 B 等元素具有细晶强化作 生粗晶现象, 以及组织劣化、 力学性能下降, 进而发
用, 从而使材料具有较高的持久强度、 持久塑性, 优 生脆性断裂 [ 3 ] 。近年来, 汽轮机螺柱断裂造成的机
异的抗松弛性能, 较低的热脆倾向和缺口敏感性 [ 1 ] , 组非计划停机事故时有发生, 给电厂运行带来较大
广泛应用于超高压机组的高温紧固件中 [ 2 ] 。多种合 的安全隐患和经济损失 [ 4 ] 。
某电厂机组在检修期间, 汽轮机高压内缸进气
收稿日期: 2022-09-16 侧的紧固双头螺柱发生断裂。该汽轮机的工作温度
基金项目: 广东省质监局科技项目( 2016CT20 )
约为537℃ , 工作压力约为16.7MPa , 汽轮机高压
作者简介: 张志达( 1968- ), 男, 工程师, 主要从事特种设备检验
内缸共有24根带中心孔的高温双头螺柱, 其材料为
及金属材料失效分析工作

20Cr1Mo1VNbTiB钢, 服役时长约为7×10 h 。断
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通信作者: 张 炜, weizhan g 368@163.com
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