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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。生效閥門型號爲(wèi)JZ46W,規(guī)格DN50,2006年6月投入運用,運用周期接近四年半。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?;野瞪珔^(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、對螺栓斷口停止微觀檢測剖析
將3個斷裂螺栓和1個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)成分檢測剖析
從1個斷裂螺栓上取樣,應(yīng)用直讀光譜儀和碳硫剖析儀檢測剖析螺栓的材質(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、螺栓金相組織檢測剖析
從斷裂螺栓截取2個試樣,用水砂紙對其預(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1個試樣金相組織停止檢測剖析;另1個試樣用出口的掃描電鏡對其鍛造缺陷停止察看剖析。經(jīng)檢測,螺栓的金相組織爲(wèi)奧氏體,晶粒度評定等級爲(wèi)6級,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策
經(jīng)過上述檢測剖析可知,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)過檢測剖析,可見爲(wèi)閥門原始制造進程中,廠家對配件把關(guān)不嚴,沒有注重配件質(zhì)量,招致運用進程中閥蓋螺栓呈現(xiàn)斷裂,招致復(fù)工。針對閥門螺栓的斷裂成績,立刻展開排查,對同廠家閥門停止了改換,同時汲取經(jīng)驗,增強到貨閥門的質(zhì)量反省,對關(guān)鍵部位的閥門配件停止抽檢,確保運用進程的平安牢靠。
(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)境溫度動搖和介質(zhì)腐蝕要素,詳細表現(xiàn)爲(wèi):閥門禁受的溫度動搖形成螺栓發(fā)生熱疲勞應(yīng)力,減速裂紋萌發(fā)和擴展。