超(超)临界汽轮机汽缸紧固螺栓高温蠕变断裂研究

超(超)临界汽轮机汽缸以镍基超高温合金作为紧固件材料,螺栓蠕变损伤的研究对超(超)临界机组的安全运行及维修具有重要意义。对镍基合金Nimonic 80A进行了550℃不同应力下单轴及空心螺栓的蠕变实验,引入应变阈值,结合Norton-Bailey-Kachanov蠕变方程,改进了蠕变损伤模型,模型能更准确描述蠕变全过程;修改有限元软件ABAQUS子程序,模拟了空心螺栓的蠕变过程。结果表明,空心螺栓蠕变断裂并不是在应力集中的螺纹处,而是在螺杆处,有限元计算结果与实验结果吻合较好。

基于蠕变的高温构件应力松弛损伤模型

基于Schlottner-Seeley平均蠕变断裂速率原理和松弛方程,构建了应力松弛损伤模型;采用该模型对高温紧固材料1Cr10NiMoW2VNbN进行了损伤预测和实验验证。结果表明,该模型预测的数据与实际试验结果吻合较好。

热处理制度对2Cr12NiMoWV钢组织和力学性能的影响

研究了热处理工艺对２Ｃｒ１２ＮｉＭｏＷＶ钢组织和力学性能的影响规律。结果表明，该钢在１０５５～１０７０℃淬火、７００～７１０℃回火时，可以获得良好的强韧化效果。并在此基础上确定了该钢用于制造汽轮机用高温紧固螺栓时的热处理工艺规范。

TMSR-LF1停堆系统高温螺栓连接结构应力松弛分析与结构安全评定

钍基熔盐液态堆(Thorium Molten Salt Reactor-Liquid Fuel 1,TMSR-LF1)停堆系统螺栓连接结构服役环境约在650°C的高温区域,连接结构包括三种材质的构件;升温过程热膨胀以及高温下寿期内的蠕变效应,对螺栓的预紧力都有很大影响。本文采用ANSYS程序,对TMSR-LF1停堆系统高温螺栓连接结构,在预紧载荷及热膨胀组合作用下的结构进行了应力分析和寿期内蠕变应力松弛分析。考虑从常温升高至工作温度的过程中,连接结构件由于使用不同材料,其热膨胀差导致预紧力发生变化的过程;着重研究分析运行寿期内螺栓结构材料的高温蠕变,所引起应力松弛的变化规律,及其对螺栓连接结构预紧力的影响;并根据ASME-III-5-HBB规范对螺栓进行力学分析和应力评定,论证该螺栓连接件全寿期内结构安全可靠。

考虑高温蠕变的螺栓和法兰材料的选配

螺栓和法兰材料的选择是影响螺栓法兰接头密封性能的重要因素,特别是在高温条件下服役,螺栓法兰发生蠕变的情况下。分别选择法兰蠕变速率大于螺栓蠕变速率以及小于螺栓蠕变速率的两组配合方式,通过传热分析、热-结构耦合分析以及高温蠕变分析,对比研究其密封性能。结果表明:螺栓蠕变和法兰蠕变都会引起螺栓应力重新分配,随着时间延长螺栓蠕变的累积会导致螺栓截面应力越来越均匀;但法兰蠕变的累积会降低法兰刚度,致使偏转角增大进而导致螺栓内外侧受力相差越来越大;法兰蠕变速率越大,法兰整体刚度下降越快,法兰服役周期越短,因此选择高温服役的螺栓法兰接头材料时,选取的法兰材料蠕变速率不能太大,且抗蠕变性能要比螺栓材料强。

高温紧固螺栓超声波检验技术及应用

针对火力发电厂高温紧固螺栓超声波检验的特点,介绍了采用小角度纵波探伤法辅以横波探伤法的综合检验工艺,总结了在实际探伤工作中的经验,以实现对大于或等于M32的高温螺栓的有效检验。

超超临界机组再热蒸汽温度对中压内缸气密性影响的研究

汽轮机汽缸的设计,除了要保证有足够的强度、刚性外,其中分面的气密性直接影响机组的安全、经济运行。以东汽某超超临界二次再热机组中压内缸为研究对象,通过引入陈化理论蠕变模型,对汽缸的温度场、应力场及螺栓蠕变松弛效应下的10万h的蠕变计算,分析了中压内缸高温螺栓蠕变后对汽缸中分面气密性的影响。结果表明:中压内缸螺栓蠕变发生松弛后,汽缸中分面局部接触压力略有降低,通过增设密封键等优化设计后中压内缸中分面气密性能够满足工程应用。

高参数汽轮机螺栓用高温合金材料研究

文章介绍了国内外高参数汽轮机高温螺栓用高温合金材料的特性,重点分析了这些合金的线膨胀系数、高温强度、高温蠕变持久强度等材料性能,及螺栓断裂失效案列,为国内高参数超超临界汽轮机用高温螺栓的选材和预防断裂提供建议。

某电厂高中压缸高温螺栓断裂的原因

某电厂在运行1.5×10^(5)h后,高中压缸高温螺栓发生断裂。通过化学成分分析、力学性能试验、断口分析、显微组织观察和能谱分析等方法,分析了螺栓断裂的原因。结果表明:螺栓在长期高温和复杂应力作用下,局部晶界处发生蠕变,材料性能衰退,在机组运行过程中裂纹在蠕变处萌生,并沿晶界扩展,最终导致螺栓断裂。

基于Dahl模型的WJ-8型常阻力扣件纵向阻力特性拟合研究

为研究WJ-8型常阻力扣件在不同环境下的服役性能,以紧固扭矩和环境温度为试验变量,进行了3组平行试验,获得3组扣件在不同温度和扭矩工况下的纵向阻力-位移曲线,揭示宽温域范围内扣件系统纵向阻力特性的演化规律。研究结果表明:在同一工况下,3组平行试验扣件的原始曲线形态基本一致,均可采用统一形式的幂指型函数较好地拟合;随着温度上升,不同扭矩下的扣件纵向滑移阻力总体上呈先增大后减小再增大的变化趋势,扣件纵向滑移阻力最大值和最小值分别出现在-10℃和40℃附近,前者约为后者的2倍,可见温度变化对WJ-8型常阻力扣件的纵向滑移阻力的影响不容忽视;不同温度下的扣件纵向滑移阻力基本上随扭矩增大而呈线性增大;在负温度环境下,纵向滑移阻力对扭矩变化的敏感程度要明显比正温度环境下的高;为满足纵向滑移阻力不小于9 kN的使用需求,在服役温度为30~45℃时,紧固扭矩不宜小于155 N·m。研究成果可为高速铁路无砟轨道铺轨作业提供参考,对于预测高速铁路基础结构服役性能、健全高速铁路运营安全保障体系也具有参考价值。

汽轮机高温螺栓蠕变监督的探讨

汽轮机高温螺栓的蠕变监督在DL/T439标准中有明确要求,但根据作者经验,目前很少电厂按照标准要求执行。文中通过一次中压外缸螺栓蠕变伸长接近超标的实例,为业内人士敲响警钟。

风电用高强度紧固件用钢成分设计及热处理工艺研究

通过对GB/T3077中42CrMoA圆钢整体热处理工艺实验研究,认为仅仅通过热处理工艺的调整,材料的综合性能难以满足低温(-40℃)冲击功Akv大于27J、抗拉强度大1040 MPa的风电用高强度螺栓的技术要求。作者研究认为,在适当提高合金元素Mn含量的基础上,通过热处理工艺,材料综合性能可以接近甚至满足风电高强螺栓零件的技术要求;进一步的研究结果表明,采用Ti微合金化设计,材料低温(-40℃)冲击功Akv大于40J、抗拉强度大于1100 MPa,材料综合性能可以满足风电螺栓的技术要求。

汽轮机主汽阀高温紧固螺栓断裂原因分析

某火电厂在机组检修期间发现汽轮机主汽阀高温紧固螺栓断裂失效,对断口表面进行宏观检测、金相检测、化学成分分析、力学性能及扫描电镜检测。结果表明,高温紧固螺栓热处理工艺不当造成晶粒粗大,引起材料塑性及韧性降低;机组频繁启停及温度变化造成热应力集中,螺栓材料塑性降低,在应力集中处萌生裂纹并逐步扩展,最终导致螺栓断裂失效。提出合理设计螺栓热加工工艺、优化螺栓结构等建议。

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。

高温环境下螺栓连接性能的试验研究

螺栓失效是导致工程机械故障的主要因素。高温环境下的螺栓连接十分重要,因此必须考虑使用寿命进行特殊的设计。基于此,分析材料高温变化对螺栓连接性能的影响,并通过螺母、螺纹孔以及夹持件的蠕变和表面屈服试验得出结论,以指导实际生产和设计选型。

长期服役后12%Cr高温螺栓断裂失效分析

采用宏观检验、化学成分分析、力学性能测试、显微组织分析、断口形貌及能谱分析等手段,对某电厂3号汽轮机高导法兰12%Cr螺栓断裂进行分析。结果表明,13^(#)断裂螺栓断裂机理以蠕变脆断为主导,腐蚀加速其开裂失效过程。根据高温螺栓断裂原因分析,提出加强对汽轮机各部位高温紧固螺栓金属监督的相关意见。

电厂高温紧固件投运后的金属监督

DL438—2000及DL/T439—2006均对高温紧固件投运后的监督检验作出了规定,分析两者发现,前者的规定使监督检验人员把硬度作为判断螺栓损伤的唯一指标,而后者坚持在螺栓监督过程中采用多项指标进行综合评价,因此更具有科学性和可操作性。对此,建议相关部门尽量统一这两种监督检验方式对螺栓的检验要求。

考虑材料高温蠕变的螺纹副轴向承载分布规律

为了研究高温蠕变对螺纹副承载的影响,分别在常温、250、300、350℃下对铝合金试样进行单轴拉伸蠕变试验,通过试验数据拟合得到不同温度下铝合金的时间硬化蠕变模型参数;基于ABAQUS建立螺纹副承载分布有限元模型,描述螺栓连接组合结构在高温环境下的工作情况,研究螺纹副材料在线弹性、塑性、蠕变情况下的承载分布.结果表明:螺栓连接组合结构在高温环境下工作时,被连接件铝合金材料发生蠕变,导致螺纹副1号螺纹牙受轴向载荷大幅减少;考虑材料线弹性后,1号螺纹牙承载比例为22.88%~23.15%;考虑材料塑性后,1号螺纹牙承载比例为20.80%~20.95%;考虑材料蠕变后,1号螺纹牙承载比例为20.65%~21.02%;考虑材料塑性和蠕变后,1号螺纹牙承载比例有所降低,所有螺纹牙所受轴向载荷趋于平均.

汽轮机高温螺栓的选材及失效形式

螺栓是汽轮机的重要紧固件,用于连接汽缸、主汽门和调速气门等零件,保证发电机组在运行过程中不发生蒸汽泄漏,确保汽轮机机组安全经济地运行。高温下使用的螺栓应具有较高的抗松弛稳定性和屈服强度,较高的持久塑性和韧性,良好的抗高温氧化、热加工和机械加工性能,以及良好的组织稳定性和较小的热脆倾向。要使高温下使用的汽轮机螺栓具有良好的性能,最重要的是正确选用材料和了解其失效模式。介绍了国内主要的汽轮机高温螺栓用材料的化学成分及其特性;阐述了高温螺栓的螺纹咬死、脆化、蠕变和疲劳断裂、组织异常等主要失效形式以及某些实例。

催化裂化装置再生滑阀导轨螺栓断裂的失效分析

通过化学成分及力学性能分析、拉伸试验、金相组织分析、断口形貌及能谱分析等方法,对再生滑阀导轨螺栓(GH4033)断裂原因进行分析。结果表明:螺栓断裂为高温蠕变断裂。螺栓断裂的主要原因为材质晶格缺陷(杂质硅造成的晶格空位)及高温环境下因碳化物析出而发生的沿晶断裂。