火力发电厂高温螺栓监督检验方法探讨

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1、2011．待定中国待定第九届电站金属材料学术年会火力发电厂高温螺栓监督检验方法探讨东北电力科学研究院有限公司（110006）赵海张艳红摘要：本文通过对某火力发电厂高温螺栓失效分析，认为高温螺栓断裂机理以蠕变断裂为主。根据螺栓更换及判废标准，对现行的螺栓监督检验方法的有效性进行分析。提出电站应该加强高温螺栓部分螺纹处的蠕变变形测量，而不只是螺杆部分。关键词：高温螺栓蠕变断裂1前言某电厂#1机组1998年投入运行，至2008年8月大修时累计运行约7万小时。#1炉过热蒸汽参数540℃、13.7MPa，#1机额定发电量200MW。2008年8月大修期间发现高

2、压主汽门螺栓、中压主汽门螺栓、高压调速汽门螺栓、中压调速汽门螺栓、过热器安全门螺栓、高压导汽管汽缸法兰螺栓不同程度的存在断裂情况。各种螺栓数量、材质、规格、检验发现断或裂螺栓数量统计结果见表1。对有代表性的4根螺栓进行试验分析。4根断裂螺栓编号分别为#1、#2、#3、#4。#1是完全断开的高压主汽门螺栓，#2是部分开裂的高压主汽门螺栓，#3是完全断开的中压调速汽门螺栓，#4是部分断开的高压导汽管汽缸外缸法兰螺栓。4个螺栓名称、设计材质、规格见表2。表1：现场检验螺栓断或裂统计表序号名称材质规格数量断裂裂纹断裂合计1高压主汽门螺栓20Cr1Mo1VTi

3、BM56323582中压主汽门螺栓20Cr1Mo1V1M5632223高压调速汽门螺栓20Cr1Mo1VTiBM5648554中压调速汽门螺栓20Cr1Mo1V1M42322575高压导汽管汽缸外缸法兰螺栓25Cr2MoVM4832116过热器安全门螺栓20Cr1Mo1VTiBM364822表2：4根试验螺栓编号编号名称设计材质规格损坏形式1高压主汽门螺栓20Cr1Mo1VTiBM56完全断开2高压主汽门螺栓20Cr1Mo1VTiBM56部分开裂3中压调速汽门螺栓20Cr1Mo1V1（实测为25Cr2MoV）M42完全断开4高压导汽管汽缸外缸法兰螺栓

4、25Cr2MoVM42部分开裂2检验结果2.1断口形貌分析所有断或裂的螺栓均断裂在第一道螺纹根部（见图1、图2）。完全断开的螺栓断口形貌见图3、图4，断口表面氧化成黑色，断面粗糙，可见裂纹走向条纹，但无明显的疲劳扩展贝纹。裂纹由第一道螺纹根部产生，由外向内、由一侧向另一侧发展，最终剪切断裂区在螺栓中心孔处（有中心孔螺栓图3）或在裂纹源的对侧（无中心孔螺栓图5）。部分开裂的螺栓，沿裂纹将螺栓打断后，断口明显分为新旧两个部分（见图4、图6），旧断口形貌与完全断开的螺栓断口形貌一样，断口表面氧化成黑色，断面粗糙，可见裂纹走向，但无明显的疲劳扩展贝纹。螺栓断

5、口形貌均具有蠕变断裂特征。2011．待定中国待定第九届电站金属材料学术年会图1#1-高压主汽门螺栓断裂部位图2#4-高压导汽管汽缸外缸法兰螺栓裂纹部位图3#1-高压主汽门螺栓断口图4#2-高压主汽门螺栓断口图5#3-中压调速汽门螺栓断口图6#4-高压导汽管汽缸外缸法兰螺栓断口2.2金相组织检查对断裂螺栓进行金相检验，#1、#2螺栓基体金相组织均为回火贝氏体，见图7。图7是#1高压主汽门螺栓基体组织。#3、#4螺栓基体金相组织均为回火索氏体，未见明显的黑色网状奥氏体晶界，金相组织正常，见图8。图8是#3中压调速门螺栓基体组织。在裂纹源处垂直于断面的螺栓

6、表面制样进行金相检验。#1、#2两根高压主汽门螺栓断口附近均可见明显的沿晶界分布呈链状的蠕变孔洞，见图9、图10。#3、#4-两根螺栓断口附近均可见明显的沿晶界分布的蠕变微裂纹，见图11、图12。金相检验结果表明，上述4根螺栓断裂机理均属于蠕变断裂。2011．待定中国待定第九届电站金属材料学术年会图7#1-高压主汽门螺栓基体组织400×图8#3-中压调速门螺栓基体组织400×图9#1-高压主汽门螺栓蠕变孔洞200×图10#2-高压主汽门螺栓蠕变孔洞400×图11#3-中压调速汽门螺栓200×图12#4-高压导汽管汽缸外缸法兰螺栓400×2.3螺栓化学

7、成分分析表3为4根螺栓的化学成分检验结果，2根高压主汽门螺栓（编号1、2）材质为20Cr1Mo1VTiB，与设计材质一致。中压调速汽门螺栓（编号3）设计材质为20Cr1Mo1V1，经检验材质为25Cr2MoV，与设计材质不符。高压导汽管汽缸外缸法兰螺栓（编号4）材质为25Cr2MoV，与设计材质一致。表3螺栓化学成分检验结果样品编号化学元素CSiMnPSCrMoVTiB#1％0.200.530.540.0100.0031.080.810.560.20小于0.0003#20.180.420.570.0170.0061.020.800.490.18小于0

8、.0003#30.230.230.540.0150.0121.560.260.19#40.270.230.6