某電廠高旁主閥密封圈螺栓斷裂原因分析

2014-08-25 趙永峰國網河南省電力公司電力科學研究院

　　對某電廠高旁主閥密封圈螺栓進行了宏觀和斷口分析、光譜、硬度和金相組織等檢測及斷裂原因分析工作，結果表明：由于螺栓材質不良、硬度不合格，在裝配過程中螺栓的預緊力矩過大或者運行過程中螺栓過載，發生韌性斷裂。

　　螺栓作為連接件和緊固件在電廠設備中廣泛應用，但高旁密封圈螺栓由于其外形較小，通常作為零配件使用，其質量和裝配問題容易被忽視。由于其作為零配件使用，容易忽視對它的技術監督以及裝配，真空技術網(http://www.jnannai.com/)認為在使用前沒有進行相關性能檢測以及在裝配時不夠重視加大了此種螺栓斷裂的風險。本文通過對螺栓的材質、力學性能、斷口形貌以及金相組織等檢測手段綜合分析了螺栓斷裂的原因，通過分析認為，螺栓材質不良、硬度不合格，在裝配過程中螺栓的預緊力矩過大或者運行過程中螺栓過載，導致螺栓發生了韌性斷裂。通過分析希望對此類外形較小、作為零配件使用的螺栓的技術監督和裝配過程引起足夠重視，避免發生斷裂，為機組的安全運行創造有利條件。

1、宏觀以及斷口檢查

　　2013年5月，某電廠在檢修過程中，發現汽機高旁主閥密封圈螺栓全部斷裂。該密封圈螺栓共8條，材質為C-422，規格為M10×35mm。據了解，斷裂前，高旁溫度由315℃突然升高至420℃。于是對8條斷裂螺栓螺紋頂徑進行了測量，斷裂處螺栓螺紋頂徑分別減小至約8.1mm~8.5mm，斷裂處螺紋頂徑數值明顯減小，說明螺栓在斷裂時被明顯拉長而產生了明顯的塑性變形。螺栓斷裂前發生明顯的宏觀變形，這是韌性斷裂的顯著特征。

　　斷裂螺栓的宏觀斷口顏色呈暗灰色，斷口不平整，靠近斷口中心凸起，沿螺紋根部有剪切唇，斷口形狀呈錐杯狀。斷口的宏觀特征符合韌性斷口特征，斷口形貌如圖1所示。

斷裂螺栓斷口

圖1 斷裂螺栓斷口

2、材質以及硬度檢測

　　采用NitonXL3T合金分析儀對斷裂螺栓中的合金成分含量進行測定，依據標準DL/T439-2006合金成分含量規定，螺栓中Mn、Cr、Mo、V、Ni、Cu均符合標準要求，但未檢測到W元素，與標準規定的W含量范圍0.90~1.25%不符。在臺式布洛維硬度儀上，對斷裂螺栓橫截面硬度進行檢測，發現8條斷裂螺栓硬度值在240~255HB，依據標準DL/T439-2006規定，C-422材料螺栓硬度值范圍應為277~331HB，因此，初步判定斷裂螺栓硬度值不符合標準規定，硬度不合格。