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1、循环水凉水塔风扇紧固螺栓断裂原因分析失效分析PetrochemicalCorrosionandProtection石油化工腐蚀与防护2002,19⑸？33?■庄锁良李江（北京燕化公司炼油厂设备处，北京102503）摘耍:燕化凉水塔鼓风扇18-8不锈钢材质的U型螺栓在服役160小时后发牛断裂。经检测，其化学成分、金相组织、力学性能未见异常。分析认为，螺栓断裂是由于交变载荷作用下的疲劳破坏所致,经改用2Crl3材质后运行正常。关键词:螺栓不锈钢疲劳破坏2Crl320%o1概况北京燕化炼油厂五循凉水塔上部的鼓风扇，在鼓风扇叶片和机座之间使用两枚??25mm的
2、U型螺栓将两者固定在一起,鼓风扇通过高速旋转将塔内水汽排出。该螺栓服役160小时即断裂失效,甚至造成叶片脱落。断裂发生在螺纹处，螺纹和螺母内有大量红褐色锈蚀堆积。2检验结果2.1化学成分⑴螺栓化学成分（％）:SiMnPSCrNi0.0570.601.360.0310.01217.859.94疲劳断裂是指在交变载荷作用下发生的断裂过程。由wohler疲劳断裂图（见图5）可知，当循环次数N—定时，构件承受的交变应力越大越易产生疲劳;当构件承受的交变载荷固定时,疲劳断裂随循环次数和频率的增人而增大。该螺栓服役仅160小时即产生疲劳断裂，说明螺栓服役时承受交变
3、载荷远远大于螺栓材料的疲劳强度O（2）螺母化学成分（％）:C2.2力学性能NiCr图1断裂起始部位形貌600X服役断裂后的螺栓按GB228-87和GB/T229-1994标准测定其力学性能，结果列于表lo表1断裂螺栓力学性能测试结果O0.2/试样规格/试验温度/Ob/mm°CMPaMPa10x10x5510x10x5565/%4645屮/%6970ak/MJ?m-2196未断190未断室温室温6356352802753讨论图2裂纹扩展区形貌1000X由上述分析结果可知，该U型螺栓的材质为18-8奥氏体不锈钢，其化学成分、金相组织、力学收稿日期:2001
4、-12-26o作者简介:庄锁良，男'汉J967年岀生。1988年毕业于大连理工大学腐蚀与防护专业，工程师。发表论文近10篇,其中有4篇被CA或EI摘录。现从事炼油设备腐蚀与防护管理工作。性能均未见异常。螺母的材质为碳素结构钢。断口分析结果表明:该螺栓的断口属疲劳断口'由疲劳裂纹扩展区（伴有二次裂纹，见图1,2）和瞬时断裂区（见图3,4）组成，后者所占面积不足?1995-2006TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.zLtd.Allrightsreserved.石油化工腐蚀与防护第19卷?34?疲劳断口除包括前述裂纹扩展区和瞬时断裂
5、外，还包括疲劳源区。一般讲疲劳源包括滑移带、弯晶、晶界，裂纹常在这些地方萌生。奥氏体不锈钢在高循环应力下有可能产牛一些位错阵列，如位错环、抹扭结及胞块等，从而形成裂纹源，继而裂纹沿{iii}iij*扩展。此外,该螺栓的螺纹根部呈v字型，相当于一个锐切口，大大加速了疲劳裂纹的萌生。由于螺栓的材质是18-8奥氏体不锈钢，而螺母是碳素结构钢，碳钢被加速腐蚀,使较多腐蚀产物聚积在螺纹中，这对螺栓的疲劳可能有促进作用。螺栓、螺母的松动亦会使螺栓产生微动磨损，促进疲劳断裂。综上所述,该螺栓的断裂主要是由于在交变载荷作用下的疲劳破坏所致,建议采取如下改进措施:(1)
6、改进结构设计。除降低交变载荷外,还可图3拉断部位形貌500X图4拉断部位低倍形貌20X考虑改变螺纹齿型、提高螺栓表面光洁度、改进螺栓的成型工艺(像滚压成型等)及采用带固定销的螺母等措施以防止螺栓松动。(2)正确选材。在上述条件下选用18-8奥氏体不锈钢制作螺栓并不合适，可考虑选用疲劳强度更高的材料(可选择2Crl3材质)，至于耐蚀性方面可适当降低耍求。4结论北京燕化公司炼油厂五循凉水塔U型紧固螺栓在1997年8月改为直螺栓，材质为2Crl3,运行至今未发生任何事故，取得了较好的效果。图5wohler疲劳断裂图FractureAnalysisofTigh
7、teningBoltsinCoolingTowerFansZhuangSuoliang丄iJiangRefineryofYanshanPetrochemicalCompany(Beijing,102503)AbstractU-typel8-8boltsinthecoolingtowerfansintherefineryofYanshanPetrochemicalCompanyfracturedafteronlylGOhours'service.Thetestingfoundnothingwronginthechemicalcompositions,me
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