20Cr1Mo1VTiB钢发纹缺陷分析与改善

以某炼钢厂的生产数据为实践依据,以改善20Cr1Mo1VTiB钢的发纹缺陷为目的,使用荧光磁粉探伤和金相显微镜确认缺陷位置存在非金属夹杂物。经扫描电镜确认出非金属夹杂物的化学成分并分析出产生原因。一种非金属夹杂物是含有K、Na、F典型保护渣特征元素,确认为模铸浇铸过程卷渣。另一种非金属夹杂物是以Al-Mg-Ca-O为主,是典型的精炼铝脱氧产物,在整个冶炼过程中不断与耐火材料和炉渣发生反应,未完全上浮去除而残留在钢中。通过开发20Cr1Mo1VTiB专用保护渣和执行模铸开浇标准化操作解决模铸卷渣类的发纹缺陷;通过降低电炉钢水过氧化程度、优化精炼脱氧剂使用、VD真空处理后的软吹操作等工艺技术,提升钢液的洁净度控制水平,进而改善铝脱氧产物引起的发纹缺陷。

20Cr1Mo1VTiB钢的连续冷却转变行为

采用热膨胀仪测定20Cr1MolVTiB钢在不同淬火温度(9501100℃)下的贝氏体转变点和较佳淬火温度下的连续冷却相变点,结合组织观察和硬度测试绘制连续冷却转变曲线;利用经验公式建立相变点和相转变量与冷却速率的关系,并计算相变激活能。结果表明:随着淬火温度升高,试验钢中贝氏体转变温度降低,较佳淬火温度为1050℃;冷却速率不高于0.5℃·s-1时,过冷奥氏体转变产物为先共析铁素体、珠光体和贝氏体,冷却速率超过0.5℃·s^(-1)时则为单一贝氏体;相变点-冷却速率和相转变量-冷却速率拟合曲线与试验结果吻合较好,先共析铁素体和贝氏体相变激活能分别为744.8,274.9 kJ·mol^(-1)。

20Cr1Mo1VTiB螺栓断裂原因分析

对一条 2 0 Crl Mol VTi B螺栓的断裂原因进行了分析 ,通过金相组织和力学性能试验发现 ,螺栓的断裂是由于宏观粗晶导致冲击韧性低下 ,在正常使用中发生断裂。最后对 2 0 Crl Mol VTi B螺栓的检验和粗晶螺栓的处理进行了讨论。

20Cr1Mo1VTiB钢制高温紧固螺栓断裂失效分析

某火力发电厂汽轮机用20Cr1Mo1VTiB钢制高温紧固螺栓在安装时发生断裂。通过宏观检验、化学成分分析、金相检验、断口分析、力学性能测试等方法对螺栓断裂的原因进行了分析。结果表明:高温紧固螺栓材料的冶炼工艺中由于化学元素含量控制不当,导致碳含量严重超标,造成螺栓的冲击吸收能量及塑性下降,最终促使螺栓发生断裂。

20Cr1Mo1VTiB高温螺栓失效机理研究

通过化学成分分析、断口形貌分析、显微组织观察和能谱分析、布氏硬度试验、室温拉伸试验、室温冲击试验研究了20Cr1Mo1VTiB高温螺栓的失效机理。结果表明:由于冶炼工艺和热处理工艺控制不当,导致材料基体中非金属夹杂物TiN含量超标,组织为微观粗晶和细晶组成的混晶组织,且螺栓在长期高温运行后,在晶界上聚集析出富硅、钼、钒元素的碳化物,材料发生脆化。这些因素共同作用导致材料塑韧性下降,在螺栓应力集中或应力最大部位萌生裂纹并沿晶界扩展,最终导致螺栓发生脆断。

20Cr1Mo1VTiB钢Ti的控制

通过近几年我厂20Cr1Mo1VTiB钢实际生产经验,总结出此钢在电弧炉冶炼及电渣重熔时Ti的烧损规律,并对此进行初步分析,从而找出适合我厂的生产工艺。

20Cr1Mo1VTiB汽机主汽门螺栓断裂失效分析

针对一起汽机主汽门螺栓断裂失效案例,对20Cr1Mo1VTiB材质进行了化学成分、力学性能、金相组织试验分析。试验分析结果表明:由于制造过程中热加工或热处理工艺不当,造成螺栓金相组织异常、冲击性能低下,在汽机运行工况下发生断裂失效。

20Cr1Mo1VTiB汽轮机螺栓断裂失效分析

对20Cr1Mo1VTiB汽轮机螺栓发生断裂的原因进行了力学性能和金相分析,认为这是由于螺栓出厂热处理工艺不到位造成金相组织没有达到要求而发生的低应力脆性断裂,并提出了针对性的预防措施。

20Cr1Mo1VTiB螺栓钢高温长期时效后的组织演变及力学性能

研究了20Cr1Mo1VTiB螺栓钢在530℃、最长10 000 h时效后的组织演变和力学性能变化规律。结果表明,20Cr1Mo1VTiB螺栓钢时效过程中,MC相主要析出并分布在贝氏体板条内和板条界,MC相析出量增加但尺寸未见明显粗化。随时效时间延长,贝氏体板条边界逐渐模糊,板条宽度逐渐增加。经过530℃、最长10 000 h时效后,20Cr1Mo1VTiB螺栓钢室温、高温强度无明显变化,低温冲击性能有所上升,组织回复作用明显,表明该钢在530℃下组织稳定性良好。

回火温度对20Cr1Mo1VTiB螺栓钢组织和性能的影响

通过测量不同回火温度下20Cr1Mo1VTiB螺栓钢的拉伸性能、冲击性能和显微硬度,结合SEM、EBSD、TEM表征,明确了回火温度对20Cr1Mo1VTiB螺栓钢显微组织与力学性能的影响规律。结果表明,随着回火温度的升高,试验钢贝氏体板条宽度不断增加,并逐渐向多边形铁素体转变,同时钢中碳化物尺寸及形貌也发生变化,晶界VC逐渐长大,晶内针状M_(3)C变为短棒状,方形TiC尺寸增加且形貌开始向球形转变。结合力学性能检测结果,建议对螺栓进行690℃×4 h回火处理,螺母进行720℃×4 h回火处理,使两者的硬度获得较为理想的匹配。

中压主汽门用20Cr1Mo1VTiB钢紧固螺栓断裂分析

在对某汽轮机组中压主汽门进行解体检修时,发现两根20Cr1Mo1VTiB钢高温紧固螺栓发生断裂失效现象。采用化学成分分析、宏观及微观形貌观察、冲击断口分析及力学性能测试等方法剖析了螺栓发生提前断裂失效的原因,并阐明了其断裂失效机理。结果表明,两根20Cr1Mo1VTiB钢高温紧固螺栓的脆性断裂现象均发生于螺母端第一扣螺纹牙底处,且与长期高温的运行工况有关。20Cr1Mo1VTiB钢高温紧固螺栓在长时高温和交变循环应力共同作用下,基体中的碳化物颗粒逐渐发生Ostwald熟化,导致其韧性降低,且于应力集中程度较高的螺母端第一扣螺纹牙底处形成蠕变孔洞,致使其发生提前断裂失效。此外,1号螺栓基体中存在的平均尺寸为5μm且呈线性分布的Ti(N,C)夹杂物,进一步降低了冲击性能,从而导致其先于2号螺栓发生断裂。由于中压主汽门整体的受力状况在1号螺栓发生脆性断裂后发生改变,进而导致冲击性能余量较小的2号螺栓随之发生脆性断裂失效。

热处理工艺对20Cr1Mo1VTiB螺栓钢持久性能的影响

为了更好地验证20Cr1Mo1VTiB螺栓钢在国家标准和俄罗斯标准热处理工艺下的持久性能,采用SEM、TEM等手段研究了两种标准的热处理工艺对20Cr1Mo1VTiB螺栓钢组织及持久性能的影响。结果表明,相对于低温淬火+低温回火(俄罗斯标准)工艺,高温淬火+高温回火(国家标准)的热处理工艺生产的20Cr1Mo1VTiB具有更高的持久性能稳定性。俄罗斯标准工艺淬火温度低,未溶的块状富钛碳化物数量多、尺寸大,并且贝氏体内分布大量方(菱)形TiC,促进了蠕变孔洞的形成,因此持久强度下降速率更快。国家标准工艺淬火温度高,富钛碳化物回溶充分,数量少、尺寸小,回火过程析出细小的颗粒状VC,热稳定性较高,具有更高的持久强度。从持久性能角度,选用国家标准工艺热处理更加合理。

热处理工艺对20Cr1Mo1VTiB螺栓钢组织及性能的影响

为了优化20Cr1Mo1VTiB螺栓钢的热处理工艺,采用SEM、TEM和力学性能测试等手段,研究了热处理工艺对该钢组织及性能的影响。结果表明,20Cr1Mo1VTiB钢热处理态组织为贝氏体,主要强化相为VC与针状M3C相。随着淬火温度的提高,VC逐渐溶解,固溶强化作用增加,室温和高温强度上升、韧性下降。在较低温度下回火,贝氏体板条位错密度高、组织应力大,强度高、韧性差;提高回火温度,VC逐渐长大,基体逐渐发生回复,室温和高温强度降低,韧性显著升高。1030℃淬火+720℃回火后,20Cr1Mo1VTiB钢体现出良好的强韧性匹配。

高压主汽阀双头螺柱断裂原因

某火电机组高压主汽阀双头螺柱在检修时发生断裂。采用宏观观察、化学成分分析、扫描电镜分析、金相检验和力学性能测试等方法对螺柱的断裂原因进行了分析。结果表明:该螺柱的晶粒粗大,冲击韧度低,服役时间较长,产生了黑色网状奥氏体晶界异常组织,导致材料脆化,缺口敏感性和脆化倾向增大,在检修期间受拆卸冲击力的作用,螺柱发生了脆性断裂。

一火电厂中压调门螺栓断裂失效分析

某火电厂汽轮机中一个中压调门螺栓发生断裂,利用断裂螺栓宏观检查、化学成分分析、力学分析、金相分析开展失效分析,结果表明该螺栓在长期的高温运行下,晶粒变粗大,并发生材料组织劣化,从而导致材料的力学性能下降,最终发生脆断。

高温螺栓组织典型失效形式

高温螺栓在火力发电厂非常重要,通过分析高温螺栓组织的典型失效形式,并系统地分析了运行过程高温螺栓组织异常的原因及检修对策。对设计、制造、运行以及检修等提出了一些实用性建议,根据讨论结果,提出了预防及设备检验措施,对高温螺栓检修有很大的借鉴意义。

高温高压导气管法兰连接螺栓断裂分析

某热电机组汽轮机20Cr1Mo1VTiB钢高压导气管螺栓发生断裂失效,通过宏观断口观察、化学成分分析、金相组织分析、硬度检验、常温冲击试验等,对断裂原因进行了综合分析。结果表明,由于制造过程中热加工或热处理工艺不当,导致材料局部存在宏观粗晶组织,螺栓冲击性能较差,不能满足高温、复杂应力工况下的长期服役要求,最终发生脆性断裂。建议加强20Cr1Mo1VTiB(争气2号)以及同系列的20Cr1Mo1VNbTiB(争气1号)螺栓粗晶问题的监督检查,并简述了常用检查方法。

300MW汽轮机中压内缸螺栓断裂原因分析

针对某电厂300 MW汽轮机中压内缸高温螺栓断裂情况,采用宏观分析、化学分析、力学分析、金相分析、电镜分析等方法进行断裂原因分析,认为螺栓服役时间过长造成材质脆性增加是螺栓在运行中发生断裂的主要原因,并提出相应的建议。

汽轮机调速汽阀高温紧固螺栓断裂失效分析

某火电厂在机组检修期间发现汽轮机中压调速汽阀高温紧固螺栓断裂失效。为了确定失效原因,避免类似事件再次发生,利用直读光谱仪、光学显微镜、扫描电镜、摆锤式冲击试验机对断裂螺栓的宏观形貌、断口微观形貌、化学成分、显微组织、力学性能等进行了测试分析。结果表明,此次高温紧固螺栓断裂的主要原因为20Cr1Mo1VTiB钢螺栓在制造阶段的锻造温度过高或淬火温度过高造成组织晶粒粗大,引起材料冲击性能降低,在中压调速汽阀频繁动作产生的冲击载荷作用下沿粗晶部位开裂,并以脆性解理断裂方式扩展,直至螺栓整体断裂。

汽轮机组阀盖紧固螺栓断裂失效分析

采用宏观形貌和显微组织观察、化学成分分析、力学性能测试和冲击断口微观形貌观察等方法,对某电厂4号汽轮机组中压调节阀阀盖用20Cr1Mo1VTiB钢紧固螺栓的断裂原因进行了研究。结果表明,螺栓断裂的原因主要与长时高温运行引起的蠕变损伤有关。螺栓的许用工作温度(570℃)仅略高于汽轮机组的设计温度(566℃),裕度存在不足,且螺母端第一扣螺纹牙底处的应力集中程度较高,在长期高温和低速率应力集中的共同作用下形成蠕变孔洞,冲击性能逐渐下降,并最终引发蠕变损伤断裂。据此,建议对中压调节阀紧固螺栓及相应的垫圈材料配套进行等级升级。