某電廠高旁主閥密封圈螺栓斷裂原因分析

2014-08-25 趙永峰國(guó)網(wǎng)河南省電力公司電力科學(xué)研究院

　　對(duì)某電廠高旁主閥密封圈螺栓進(jìn)行了宏觀和斷口分析、光譜、硬度和金相組織等檢測(cè)及斷裂原因分析工作，結(jié)果表明：由于螺栓材質(zhì)不良、硬度不合格，在裝配過(guò)程中螺栓的預(yù)緊力矩過(guò)大或者運(yùn)行過(guò)程中螺栓過(guò)載，發(fā)生韌性斷裂。

　　螺栓作為連接件和緊固件在電廠設(shè)備中廣泛應(yīng)用，但高旁密封圈螺栓由于其外形較小，通常作為零配件使用，其質(zhì)量和裝配問(wèn)題容易被忽視。由于其作為零配件使用，容易忽視對(duì)它的技術(shù)監(jiān)督以及裝配，真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.healwit.com.cn/)認(rèn)為在使用前沒(méi)有進(jìn)行相關(guān)性能檢測(cè)以及在裝配時(shí)不夠重視加大了此種螺栓斷裂的風(fēng)險(xiǎn)。本文通過(guò)對(duì)螺栓的材質(zhì)、力學(xué)性能、斷口形貌以及金相組織等檢測(cè)手段綜合分析了螺栓斷裂的原因，通過(guò)分析認(rèn)為，螺栓材質(zhì)不良、硬度不合格，在裝配過(guò)程中螺栓的預(yù)緊力矩過(guò)大或者運(yùn)行過(guò)程中螺栓過(guò)載，導(dǎo)致螺栓發(fā)生了韌性斷裂。通過(guò)分析希望對(duì)此類外形較小、作為零配件使用的螺栓的技術(shù)監(jiān)督和裝配過(guò)程引起足夠重視，避免發(fā)生斷裂，為機(jī)組的安全運(yùn)行創(chuàng)造有利條件。

1、宏觀以及斷口檢查

　　2013年5月，某電廠在檢修過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)汽機(jī)高旁主閥密封圈螺栓全部斷裂。該密封圈螺栓共8條，材質(zhì)為C-422，規(guī)格為M10×35mm。據(jù)了解，斷裂前，高旁溫度由315℃突然升高至420℃。于是對(duì)8條斷裂螺栓螺紋頂徑進(jìn)行了測(cè)量，斷裂處螺栓螺紋頂徑分別減小至約8.1mm~8.5mm，斷裂處螺紋頂徑數(shù)值明顯減小，說(shuō)明螺栓在斷裂時(shí)被明顯拉長(zhǎng)而產(chǎn)生了明顯的塑性變形。螺栓斷裂前發(fā)生明顯的宏觀變形，這是韌性斷裂的顯著特征。

　　斷裂螺栓的宏觀斷口顏色呈暗灰色，斷口不平整，靠近斷口中心凸起，沿螺紋根部有剪切唇，斷口形狀呈錐杯狀。斷口的宏觀特征符合韌性斷口特征，斷口形貌如圖1所示。

斷裂螺栓斷口

圖1 斷裂螺栓斷口

2、材質(zhì)以及硬度檢測(cè)

　　采用NitonXL3T合金分析儀對(duì)斷裂螺栓中的合金成分含量進(jìn)行測(cè)定，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)DL/T439-2006合金成分含量規(guī)定，螺栓中Mn、Cr、Mo、V、Ni、Cu均符合標(biāo)準(zhǔn)要求，但未檢測(cè)到W元素，與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的W含量范圍0.90~1.25%不符。在臺(tái)式布洛維硬度儀上，對(duì)斷裂螺栓橫截面硬度進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)8條斷裂螺栓硬度值在240~255HB，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)DL/T439-2006規(guī)定，C-422材料螺栓硬度值范圍應(yīng)為277~331HB，因此，初步判定斷裂螺栓硬度值不符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，硬度不合格。

3、微觀檢查

　　從8條斷裂螺栓中抽取兩條編號(hào)為#1、2，沿橫截面將試樣切開(kāi)進(jìn)行微觀分析，斷裂試樣橫切面夾雜物照片見(jiàn)圖2、3，按GB/T10561-2005《鋼中非金屬夾雜物含量的測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)評(píng)級(jí)圖顯微檢驗(yàn)法》評(píng)級(jí)為3級(jí)。

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