電站鍋爐閥門螺栓斷裂原因分析

某石化公司電站鍋爐，電站鍋爐冷凝器下降管線的一個(gè)節(jié)流閘閥的閥蓋緊固螺栓忽然發(fā)作斷裂，形成少量蒸汽走漏，形成緊急復(fù)工，改換了閥門。

冷凝器的介質(zhì)爲(wèi)108℃低溫水與200℃蒸汽混合，壓力大約36kg/cm2。生效閥門型號(hào)爲(wèi)JZ46W，規(guī)格DN50，2006年6月投入運(yùn)用，運(yùn)用周期接近四年半。閥門的閥蓋等部件未發(fā)現(xiàn)異常，只要閥蓋銜接到閥體上的緊固螺栓發(fā)作了斷裂。

閥門的緊固螺栓爲(wèi)六角法蘭面型螺栓，4根緊固螺栓中的3根發(fā)作了斷裂，1根未發(fā)作斷裂。

1、微觀反省

將4根螺栓從閥蓋中取出清洗，并停止微觀反省。螺栓斷裂部位不是在螺紋處，而是在螺栓的端帽根部。見圖2。從斷裂螺栓斷口外表可看出，灰暗色區(qū)域較大，比擬新穎的區(qū)域較小。灰暗色區(qū)域應(yīng)該是后期開裂后的斷口遭到了氧化腐蝕，比擬新穎的區(qū)域應(yīng)該是這次忽然斷裂的新斷口[圖2(a)]。螺栓的端帽局部應(yīng)該是鍛形成形。接近斷口的端帽外緣局部存在多條分明的鍛造裂紋。見圖2(b)。

2、對(duì)螺栓斷口停止微觀檢測(cè)剖析

將3個(gè)斷裂螺栓和1個(gè)斷裂端帽用超聲波清洗器重復(fù)清洗潔凈，應(yīng)用出口的掃描電鏡和能譜儀察看剖析4個(gè)斷口的外表微觀形貌，剖析腐蝕產(chǎn)物成分。從斷口的微觀形貌可以看出，斷口大局部區(qū)域的微觀形貌均爲(wèi)沿晶特征，即裂紋是沿著晶界開裂的，屬于典型的脆性斷口。對(duì)斷口灰暗色區(qū)域停止200倍電鏡掃描，可以看出沿晶斷口的外表掩蓋了一層腐蝕產(chǎn)物，經(jīng)成分剖析，腐蝕產(chǎn)物以氧化鐵爲(wèi)主，其中腐蝕產(chǎn)物中存在Cl元素和S元素。

對(duì)斷口新穎區(qū)域停止200倍電鏡掃描，斷口新穎區(qū)域的很小局部的微觀形貌不是沿晶特征，而是韌窩特征，韌窩是正常塑性斷裂的斷口特征。這闡明螺栓斷裂屬于延遲斷裂，即首先萌發(fā)裂紋，其次裂紋擴(kuò)展，忽然斷裂。

從螺栓端帽外緣區(qū)域的微觀形貌可以看出，螺栓鍛形成形工藝不標(biāo)準(zhǔn)，鍛造溫度較低，螺栓端帽部位墩粗變形量較大，從而發(fā)生較多的鍛造裂紋，而鍛造后也未停止二次加工以去除這些裂紋。

3、螺栓材質(zhì)成分檢測(cè)剖析

從1個(gè)斷裂螺栓上取樣，應(yīng)用直讀光譜儀和碳硫剖析儀檢測(cè)剖析螺栓的材質(zhì)成分。見表1。

常用于螺栓的不銹鋼材質(zhì)爲(wèi)1Cr17Ni7和1Cr18Ni9，但是依照國標(biāo)GB/T1220-1992(不銹鋼的牌號(hào)和化學(xué)成分)規(guī)范，斷裂螺栓的材質(zhì)成分不契合1Cr17Ni7和1Cr18Ni9，而比擬接近lCrl8Mn8Ni5N。但是，依照國標(biāo)lCrl8Mn8Ni5N要求，斷裂螺栓的材質(zhì)成分中，含C量偏高，含Cr量偏低，這就大大降低了其耐蝕功能。

4、螺栓金相組織檢測(cè)剖析

從斷裂螺栓截取2個(gè)試樣，用水砂紙對(duì)其預(yù)磨、精磨、研磨、拋光和王水溶液浸蝕，制備成金相試樣。應(yīng)用金相顯微鏡對(duì)1個(gè)試樣金相組織停止檢測(cè)剖析;另1個(gè)試樣用出口的掃描電鏡對(duì)其鍛造缺陷停止察看剖析。經(jīng)檢測(cè)，螺栓的金相組織爲(wèi)奧氏體，晶粒度評(píng)定等級(jí)爲(wèi)6級(jí)，組織比擬粗大。

由螺栓的鍛造缺陷微觀形狀可以看出，螺栓的外表和外部均發(fā)現(xiàn)較大的鍛造裂紋和夾雜物，而且斷口和裂紋左近均發(fā)現(xiàn)分明的沿晶開裂形狀，這闡明螺栓的沿晶開裂次要與鍛造缺陷有關(guān)。

5、螺栓斷裂緣由剖析及對(duì)策

經(jīng)過上述檢測(cè)剖析可知，閥門螺栓生效部位處于端帽根部，生效性質(zhì)屬于脆性延遲斷裂，斷口類型爲(wèi)沿晶特征。

(1)經(jīng)過檢測(cè)剖析，可見爲(wèi)閥門原始制造進(jìn)程中，廠家對(duì)配件把關(guān)不嚴(yán)，沒有注重配件質(zhì)量，招致運(yùn)用進(jìn)程中閥蓋螺栓呈現(xiàn)斷裂，招致復(fù)工。針對(duì)閥門螺栓的斷裂成績，立刻展開排查，對(duì)同廠家閥門停止了改換，同時(shí)汲取經(jīng)驗(yàn)，增強(qiáng)到貨閥門的質(zhì)量反省，對(duì)關(guān)鍵部位的閥門配件停止抽檢，確保運(yùn)用進(jìn)程的平安牢靠。

(2)螺栓斷裂的次要緣由爲(wèi)螺栓存在材質(zhì)缺陷，詳細(xì)表現(xiàn)爲(wèi)：①螺栓的材質(zhì)成分不契合國標(biāo)要求，含C量偏高，含Cr量偏低，降低了其耐晶間腐蝕功能;②螺栓的端帽鍛形成形工藝不標(biāo)準(zhǔn)，鍛造的溫度偏低，形成端帽根部發(fā)生鍛造裂紋等缺陷;③螺栓鍛后未停止熱處置，端帽根部存在剩余應(yīng)力，并且冷卻時(shí)晶界析出含鉻碳化物，形成晶界弱化，容易發(fā)作沿晶開裂。

螺栓斷裂的主要要素爲(wèi)環(huán)境溫度動(dòng)搖和介質(zhì)腐蝕要素，詳細(xì)表現(xiàn)爲(wèi)：閥門禁受的溫度動(dòng)搖形成螺栓發(fā)生熱疲勞應(yīng)力，減速裂紋萌發(fā)和擴(kuò)展。