淺談火力發(fā)電廠高溫緊固件在金屬監(jiān)督中存在問(wèn)題的分析

邱冬

（江蘇新海發(fā)電有限公司，江蘇 連云港 222023）

淺談火力發(fā)電廠高溫緊固件在金屬監(jiān)督中存在問(wèn)題的分析

邱冬

（江蘇新海發(fā)電有限公司，江蘇 連云港 222023）

對(duì)于火電廠而言，高溫螺栓斷裂問(wèn)題是由于其長(zhǎng)期處在高溫大應(yīng)力狀況下造成的常見(jiàn)事故，其對(duì)機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性破壞最大。作者對(duì)上海鍋爐廠的1 000 MW機(jī)組高壓調(diào)門(mén)螺栓發(fā)生斷裂的原因，從材質(zhì)殘留的檢驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行力學(xué)性能和金相分析，并提出針對(duì)性的預(yù)防措施。

1 000 MW機(jī)組；高強(qiáng)螺栓；失效分析

對(duì)于火電廠而言，高溫緊固件的可靠穩(wěn)定性對(duì)安全生產(chǎn)至關(guān)重要。需根據(jù)運(yùn)行的靜態(tài)跟蹤對(duì)整個(gè)機(jī)組進(jìn)行金屬監(jiān)督。高溫緊固件處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)受到溫差、應(yīng)力變化和環(huán)境介質(zhì)的多重影響而逐漸老化，以致失效。

通過(guò)多種方式從宏觀、微觀及力學(xué)性能等金相分析方面，對(duì)失效試樣進(jìn)行試驗(yàn)分析，查找高溫螺栓斷裂失效的原因。

1 失效情況

某公司使用上海鍋爐廠的1 000 MW機(jī)組，自投產(chǎn)以來(lái)運(yùn)行平穩(wěn)。但去年機(jī)組發(fā)生明顯異常振動(dòng)，企業(yè)安排人員進(jìn)行檢修。機(jī)組拆解后發(fā)現(xiàn)高壓調(diào)門(mén)螺栓有3 根出現(xiàn)斷裂。

據(jù)觀察，其斷裂部位基本相似，幾乎處于光桿同一位置，距上螺栓約為50～110 mm。在此，筆者取試樣（以下記為：1#試樣、2#試樣，其他類(lèi)似），并對(duì)螺栓斷裂的情況和原因進(jìn)行失效分析。

2 主要試驗(yàn)

2.1 整體形貌

斷口反映了失效零件在斷裂過(guò)程中抵抗變形的能力，呈現(xiàn)了斷裂后的痕跡。通過(guò)對(duì)斷口分析，不僅得到材質(zhì)概況，還可總結(jié)其力學(xué)狀況，對(duì)斷裂源及裂紋擴(kuò)張方向進(jìn)行判斷和總結(jié)，從而找到斷裂原因。

筆者借助光鏡發(fā)現(xiàn)，1#試樣斷口呈暗灰色，無(wú)明顯塑性變形，斷口基本與受力方向垂直，內(nèi)壁出現(xiàn)裂紋源形狀，扭力終斷區(qū)位于邊緣，呈現(xiàn)脆斷狀態(tài)。2#試樣除具備以上特征外，還有疲勞斷裂痕跡，隱約可見(jiàn)貝殼紋顯示。為了進(jìn)一步觀察斷口形貌，筆者利用電鏡觀測(cè)后發(fā)現(xiàn)1#和2#試樣出現(xiàn)主、次裂紋的不同呈現(xiàn)狀態(tài)，且立體感強(qiáng)烈，呈現(xiàn)沿晶脆斷狀態(tài)。

對(duì)于斷口出現(xiàn)的燒蝕狀況筆者也進(jìn)行了分析研究?？v刨后發(fā)現(xiàn)，呈現(xiàn)凹坑狀態(tài)，且坑深較大，有金屬飛濺痕跡，出現(xiàn)微裂紋，呈放射狀態(tài)。2#試樣也出現(xiàn)燒蝕坑，且發(fā)現(xiàn)金屬飛濺痕跡，但不同的是，燒蝕坑較淺，面積比1#試樣狀態(tài)明顯。

2.2 成分分析

依照GB/T4336-2002《碳素鋼和中低合金鋼火花源原子發(fā)射光譜分析方法》 ，對(duì)其測(cè)定化學(xué)成分。對(duì)試樣斷口分別取樣，按照火花源發(fā)射光譜法測(cè)定化學(xué)成分分析試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，無(wú)論對(duì)于1#試樣還是2#試樣而言，試樣組成成分（C、Si、Mn、Cr、Ni、Mo等）均與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定參數(shù)相符合。

2.3 力學(xué)性能

金屬力學(xué)性能的實(shí)驗(yàn)依據(jù)是GB/T228《金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)方法》和GB/T229《金屬夏比缺口沖擊試驗(yàn)方法》。

2.3.1 布氏硬度

硬度檢驗(yàn)依據(jù)GB/T231《金屬布氏硬度試驗(yàn)方法》，試樣固溶+時(shí)效供應(yīng)狀態(tài)HB10/3000應(yīng)大于或等于331。

本次試驗(yàn)在斷口橫斷面分三個(gè)位置取樣并對(duì)對(duì)測(cè)點(diǎn)打磨，直到被測(cè)試樣的表面達(dá)到平整、光滑和清潔要求。并對(duì)測(cè)量位置每個(gè)部位要測(cè)三點(diǎn)，取其平均值。

通過(guò)測(cè)量后發(fā)現(xiàn)，對(duì)于1#試樣而言，試樣內(nèi)壁布氏硬度測(cè)量值為427，外壁內(nèi)側(cè)為420，內(nèi)外壁中間位置硬度測(cè)量值為417，可見(jiàn)1#試樣斷面處布氏硬度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定；同樣對(duì)2#試樣而言，其內(nèi)壁布氏硬度測(cè)量值為432，外壁內(nèi)側(cè)測(cè)量值約為437，內(nèi)外壁中間位置測(cè)量值為435，由此可知 2#試樣斷面處布氏硬度偏于下限值，硬度在長(zhǎng)時(shí)間地溫度作用下有下降趨勢(shì)，但是也已達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

2.3.2 力學(xué)性能試驗(yàn)

試樣斷口形貌也可以不僅反映出材料抵抗外力的能力，也可以反映出零部件在使用過(guò)程中發(fā)生失效后的材料性質(zhì)和狀況，進(jìn)而為斷裂源及擴(kuò)展方向的判斷指明依據(jù)。

將試樣截成2 件試棒（編號(hào)為1-1#、1-2#和2-1#、2-2#），然后進(jìn)行高溫力學(xué)性能試驗(yàn)。對(duì)以上試樣分別進(jìn)行了抗拉強(qiáng)度Rm、屈服強(qiáng)度Rp0.2、斷后伸長(zhǎng)率Z和斷面伸長(zhǎng)率A等項(xiàng)目的試驗(yàn)，對(duì)于試樣斷裂處的形貌觀察發(fā)現(xiàn)，1-1#、1-2#和2-1#、2-2#試樣對(duì)于沖擊韌性性能而言，均低于標(biāo)準(zhǔn)值，但是平均值卻高于標(biāo)準(zhǔn)值，其他各項(xiàng)指標(biāo)均滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.4 組織金相觀察

為了研究試樣內(nèi)部組織變化情況，制備試樣，筆者也進(jìn)行了金相組織觀察。試樣未腐蝕時(shí)，通過(guò)觀察其橫截面發(fā)現(xiàn)，表面裂紋沿內(nèi)壁燒蝕處向外擴(kuò)展。對(duì)試樣進(jìn)行腐蝕試驗(yàn)后，發(fā)現(xiàn)試樣均出現(xiàn)沿晶裂紋，無(wú)明顯塑性變形，不過(guò)2#試樣晶粒稍小，沿晶裂紋呈龜裂形狀。參考相關(guān)資料發(fā)現(xiàn)，試樣處于正常狀態(tài)。

2.5 綜合分析

在機(jī)組強(qiáng)電流加熱過(guò)程中，若加熱棒的保護(hù)套瞬爆，會(huì)產(chǎn)生電火花。這直接擊穿介質(zhì)，在螺栓內(nèi)壁起弧而熔化。隨著能量的釋放，灼傷螺栓內(nèi)孔，進(jìn)而增大螺栓的燒損。螺栓內(nèi)外表面的溫差造成溫差應(yīng)力差，這將引起微觀組織變化，性能下降。進(jìn)而引起螺栓斷裂失效。

3 預(yù)防措施

（1） 為了使加熱元件受熱均勻，需要更改螺栓熱緊工藝，利用渦流感應(yīng)加熱。

（2） 生產(chǎn)過(guò)程中，提高螺栓螺紋結(jié)合面的加工精度和表面質(zhì)量，以減小應(yīng)力集中現(xiàn)象。

4 結(jié)論

通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，在高溫、設(shè)備震動(dòng)應(yīng)力等因素影響下，熱緊高壓調(diào)門(mén)螺栓時(shí)電加熱棒出現(xiàn)破損，進(jìn)而燒蝕螺栓內(nèi)壁，此舉萌生及擴(kuò)展了螺栓內(nèi)部微裂紋，并以此為裂紋源。當(dāng)螺栓受到橫向沖擊時(shí)造成損毀，這是螺栓失效的主要原因。

［1］ DL/T439-2006. 火力發(fā)電廠高溫緊固件技術(shù)導(dǎo)則［S］.

［2］ 徐曉偉.電站連接螺栓斷裂原因分析［J］. 金屬熱處理，2007，（S1）：149～151.

［3］ 王自勤.螺栓應(yīng)力應(yīng)變及疲勞壽命分析［J］. 國(guó)防科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，（4）.

Analysis of existing problems of high temperature fasteners in metal supervision at thermal power plant

TM621.7

1009-797X （2015） 20-0084-02

B DOI：10.13520/j.cnki.rpte.2015.20.020

邱冬（1986-），男，本科，助理工程師，研究方向?yàn)榛鹆Πl(fā)電廠金屬焊接。

2015-09-06