超临界汽轮机20Cr1Mo1VNbTiB螺栓开裂行为分析

针对某660 MW超临界汽轮机运行过程中高、中压调速汽阀的20Cr1Mo1VNbTiB高温紧固螺栓发生大规模早期开裂失效问题,利用断口分析、成分分析、力学性能分析及微观组织结构分析等试验方法对螺栓大规模开裂行为进行了研究。结果表明:在预紧力和汽阀动作形成的冲击载荷共同作用下,具有缺口效应且应力集中的螺纹牙底部TiN颗粒以自身碎裂、尖角处开裂及附近基体高应力畸变区开裂等模式萌生微裂纹并互相串连形成裂纹源,在载荷作用下快速扩展引发螺栓开裂;组织中大量TiN颗粒破坏了基体的连续性,降低了合金的韧性和抗裂能力,导致脆性开裂。因此,合金冶炼过程中应严格控制钢液中Ti质量小于0.1%,通过优化控制冷却速度,提高钢中细小氧化物的生成量来控制TiN析出相的尺寸和生成量,降低其有害作用,起到Ti合金化的真正目的。

20Cr1Mo1VNbTiB高温螺栓断裂失效分析

对某电厂汽轮机进行解体检修,发现1根材质为20Cr1Mo1VNbTiB的高温螺栓已断裂。采用断口分析、金相试验、常温力学性能试验及化学成分分析法分析其断裂原因。结果表明,螺杆表面密集的机械损伤所引起的应力集中是导致此次螺栓发生断裂的直接原因;同时,螺栓晶粒较粗大、碳化物在长期高温高压运行过程中析出、冲击韧性下降是螺栓发生解理脆性断裂的根本原因。

20Cr1Mo1VNbTiB材质螺栓性能可靠性分析及建议

20Cr1Mo1VNbTiB是我国自行研制的高温螺栓用钢,近些年经常发生断裂,给电厂带来极大的安全风险及经济损失。研究发现,20Cr1Mo1VNbTiB普遍存在粗晶、混晶、冲击韧性严重下降的问题,造成螺栓受到冲击载荷时易在应力最大点萌发裂纹,并发生瞬时断裂。避免使用带有粗晶(或套晶)和低吸收冲击功的螺栓是防止断裂事故发生的关键。对在役螺栓和新螺栓检验与监督提出了一些新的建议和措施以供参考。

汽轮机用20Cr1Mo1VNbTiB钢高温双头螺柱断裂原因

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。

某电厂汽轮机20Cr1Mo1VNbTiB钢汽门螺栓开裂失效分析

针对某电厂汽轮机用20Cr1Mo1VNbTiB钢高压调速汽门螺栓和中压联合汽门螺栓开裂原因进行了失效分析。分析结果表明:两螺栓样品的化学成分及硬度均符合相关标准要求。两螺栓样品的显微组织局部存在混晶现象,且组织中存在大量大块硬脆的第二相—MC相。组织中大块的硬脆MC相可以作为裂纹形核点,会增加裂纹萌生几率,加速材料裂纹扩展,增加材料开裂失效倾向。该析出相具有较高硬度和高稳定性,热处理难以将其消除,通常在冶炼过程中形成,应加强冶炼工艺管控,避免出现大量大块硬脆的MC相。

20Cr1Mo1VNbTiB钢高温紧固螺栓失效分析

某超临界机组用20Cr1Mo1VNbTiB钢高温螺栓出现了早期断裂,对断裂的宏观和微观特征进行了观察,分析了螺栓老化状况,探讨其失效原因。结果表明,20Cr1Mo1VNbTiB钢螺栓经高温运行后,碳化物聚集长大不明显,抗拉强度和硬度没有明显下降,但冲击性能明显降低,可见螺栓断裂失效与老化无关。装配时的预紧力过大,加速了螺栓的蠕变损伤,根据断口形貌判定其断裂性质为高温蠕变断裂。