Page 86 - 理化检验-物理分册2023年第十二期
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王庆峰: 超超临界机组In783合金螺栓早期断裂原因及其应用建议
1 In783合金螺栓早期断裂原因分析
1.1 早期断裂案例
In783合金螺栓为高温螺栓, 在超超临界汽轮
机的中压主汽门和中压调节门的使用过程中, In783
螺栓出现了大量早期断裂现象。如华能玉环电厂的
1 , 2 号机组上的螺栓为原装进口In783 合金螺栓,
3 , 4号机组为国产In783 合金螺栓, 在检修过程中
图1 In783螺栓断口典型宏观形貌
这些螺栓均出现断裂情况: 2014年2月, 2号机组断
良的抗蒸汽氧化性, 但在实际服役过程中, In783合
裂1根螺栓, 运行时间近8a ; 2015年5月, 4号机组
金螺栓却出现了大量早期断裂现象。国内众多发电
断裂或开裂15 根螺栓, 运行时间近 8a ; 2015 年 6
企业和研究机构对其断裂原因进行了不同方面的分
月, 1 号机组断裂或开裂多 根 螺 栓, 运 行 时 间 近
析。综合认为, In783 合金螺栓的断裂与拆装工艺
9a 。姜涛 [ 5 ] 等报道了某2×660MW 超超临界机
[ 4 ]
不规范、 制造质量不良、 材料服役后性能下降及负蠕
组汽轮机中压调节门In783合金螺栓服役不到7个
变等因素有关。
月, 20根螺栓中有 13 根发生断裂。谢澄 [ 6 ] 等报道
1.3.1 拆装工艺不规范
了某超超临界机组汽轮机中压主汽门和中压调节门
姜涛 [ 5 ] 等对某超超临界 660 MW 汽轮机组的
In783合金螺栓在检修中断裂 3 根, 机组累计启停
中压调节门In783合金螺栓的断裂现象进行分析。
12次, 累计运行时间3.1万h ; 同厂另一台同类型机 在螺栓安装过程中, 加热棒局部高温导致3根螺栓
组经过紧急检修后启机不久, 发现其两侧主汽门和
孔内壁材料烧损, 裂纹萌生于内孔烧损处, 在正常服
调节门共29根In783螺栓发生断裂。 役条件下, 裂纹扩展导致螺栓发生断裂。张守文 [ 4 ]
据统计, 浙江、 江苏等地24台超超临界机组的 等也在断裂的In783螺栓孔内壁发现电烧蚀坑, 分
In783合金高温螺栓中, 中压主汽门共 159 根螺栓 析认为螺栓热紧时电加热棒破损, 烧损了螺栓中心
断裂, 中压调节门177根螺栓断裂, 其中安徽某电厂 孔并形成烧蚀坑, 在高温、 高压及振动的工况下, 烧
1台机组中压主汽门42根螺栓全部断裂。 In783合 蚀坑诱发了裂纹的萌生及扩展, 最终引起In783 螺
金螺栓的大量早期断裂为超超临界机组的安全稳定 栓的沿晶脆性开裂。
运行带来极大的安全隐患。 对于In783合金螺栓, 厂家规定在热紧时螺栓
1.2 早期断裂特征 加热温度不允许超过600℃ , 并对电加热设备的型
In783合金螺栓发生大量早期断裂现象, 这些 号进行了限定。如不严格按照厂家螺栓热紧规范进
螺栓在断口形貌、 断裂机理、 断裂部位及运行时间上 行操作, 加热棒的加热温度可能超过600℃ , 并造成
存在一些共同的特征: ①In783螺栓断口典型宏观 螺栓中心孔局部出现烧损并产生裂纹源, 裂纹萌生
形貌如图1所示, 从断口形貌及断裂机理上看, 断口 并发生扩展, 最终导致In783 合金螺栓发生断裂。
无明显塑性变形, 有的呈现典型脆性断裂特征, 有的 目前, 多个发电企业针对In783 合金螺栓的热紧工
呈现疲劳断裂特征, 有的呈现脆性开裂+撕裂特征, 艺进行优化, 包括加热棒的选型与检查、 加热温度的
从微观形貌上看, 断口呈沿晶脆性开裂特征; ② 断 限定与测量、 螺栓孔冷却后的清理与检查等方面, 从
裂部位主要有加热孔底部退刀槽部位、 螺栓腰部光 而避免热紧过程中发生螺栓孔烧蚀现象 [ 7-8 ] 。发电
杆部位、 螺牙部位等; ③ 随着螺栓服役时间的延长, 企业应严格执行厂家的螺栓拆装工艺规定, 借鉴优
发生断裂的螺栓数量明显增加, 运行3~4万h后发 秀发电企业的拆装工艺成功经验, 从而避免In783
生大量断裂现象; 国产及进口In783 合金螺栓均呈 合金螺栓因拆装工艺不规范而出现早期断裂。
现这种趋势, 但进口螺栓断裂比例偏低, 运行时间也 1.3.2 制造质量不良
偏长。 杨超等 [ 9 ] 对某电厂1000MW 超超临界火力发
1.3 早期断裂原因分析 电机组汽轮机中调节门In783合金螺栓断裂原因进
经标准热处理后的In783合金在650℃以下具 行分析, 发现螺栓断裂起源于中心孔壁, 断口以沿晶
有优异的综合性能, 特别是较低的热膨胀系数和优 脆性断裂形貌为主, 断裂性质为应力加速晶界氧化
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