電站鍋爐閥門螺栓斷裂原因分析

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流閘閥的閥蓋緊固螺栓忽然發作斷裂，形成少量蒸汽走漏，形成緊急復工，改換了閥門。

冷凝器的介質爲108℃低溫水與200℃蒸汽混合，壓力大約36kg/cm2。生效閥門型號爲JZ46W，規格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現異常，只要閥蓋銜接到閥體上的緊固螺栓發作了斷裂。

閥門的緊固螺栓爲六角法蘭面型螺栓，4根緊固螺栓中的3根發作了斷裂，1根未發作斷裂。

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，灰暗色區域較大，比擬新穎的區域較小?；野瞪珔^域應該是后期開裂后的斷口遭到了氧化腐蝕，比擬新穎的區域應該是這次忽然斷裂的新斷口[圖2(a)]。螺栓的端帽局部應該是鍛形成形。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清洗潔凈，應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，剖析腐蝕產物成分。從斷口的微觀形貌可以看出，斷口大局部區域的微觀形貌均爲沿晶特征，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物，經成分剖析，腐蝕產物以氧化鐵爲主，其中腐蝕產物中存在Cl元素和S元素。

對斷口新穎區域停止200倍電鏡掃描，斷口新穎區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，即首先萌發裂紋，其次裂紋擴展，忽然斷裂。

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

3、螺栓材質成分檢測剖析

從1個斷裂螺栓上取樣，應用直讀光譜儀和碳硫剖析儀檢測剖析螺栓的材質成分。見表1。

常用于螺栓的不銹鋼材質爲1Cr17Ni7和1Cr18Ni9，但是依照國標GB/T1220-1992(不銹鋼的牌號和化學成分)規范，斷裂螺栓的材質成分不契合1Cr17Ni7和1Cr18Ni9，而比擬接近lCrl8Mn8Ni5N。但是，依照國標lCrl8Mn8Ni5N要求，斷裂螺栓的材質成分中，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，用水砂紙對其預磨、精磨、研磨、拋光和王水溶液浸蝕，制備成金相試樣。應用金相顯微鏡對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。經檢測，螺栓的金相組織爲奧氏體，晶粒度評定等級爲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現較大的鍛造裂紋和夾雜物，而且斷口和裂紋左近均發現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。

5、螺栓斷裂緣由剖析及對策

經過上述檢測剖析可知，閥門螺栓生效部位處于端帽根部，生效性質屬于脆性延遲斷裂，斷口類型爲沿晶特征。

(1)經過檢測剖析，可見爲閥門原始制造進程中，廠家對配件把關不嚴，沒有注重配件質量，招致運用進程中閥蓋螺栓呈現斷裂，招致復工。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，同時汲取經驗，增強到貨閥門的質量反省，對關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螺栓存在材質缺陷，詳細表現爲：①螺栓的材質成分不契合國標要求，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準，鍛造的溫度偏低，形成端帽根部發生鍛造裂紋等缺陷;③螺栓鍛后未停止熱處置，端帽根部存在剩余應力，并且冷卻時晶界析出含鉻碳化物，形成晶界弱化，容易發作沿晶開裂。

螺栓斷裂的主要要素爲環境溫度動搖和介質腐蝕要素，詳細表現爲：閥門禁受的溫度動搖形成螺栓發生熱疲勞應力，減速裂紋萌發和擴展。