某电厂高旁主阀密封圈螺栓断裂原因分析

2014-08-25 赵永峰国网河南省电力公司电力科学研究院

　　对某电厂高旁主阀密封圈螺栓进行了宏观和断口分析、光谱、硬度和金相组织等检测及断裂原因分析工作，结果表明：由于螺栓材质不良、硬度不合格，在装配过程中螺栓的预紧力矩过大或者运行过程中螺栓过载，发生韧性断裂。

　　螺栓作为连接件和紧固件在电厂设备中广泛应用，但高旁密封圈螺栓由于其外形较小，通常作为零配件使用，其质量和装配问题容易被忽视。由于其作为零配件使用，容易忽视对它的技术监督以及装配，真空技术网(http://www.chvacuum.com/)认为在使用前没有进行相关性能检测以及在装配时不够重视加大了此种螺栓断裂的风险。本文通过对螺栓的材质、力学性能、断口形貌以及金相组织等检测手段综合分析了螺栓断裂的原因，通过分析认为，螺栓材质不良、硬度不合格，在装配过程中螺栓的预紧力矩过大或者运行过程中螺栓过载，导致螺栓发生了韧性断裂。通过分析希望对此类外形较小、作为零配件使用的螺栓的技术监督和装配过程引起足够重视，避免发生断裂，为机组的安全运行创造有利条件。

1、宏观以及断口检查

　　2013年5月，某电厂在检修过程中，发现汽机高旁主阀密封圈螺栓全部断裂。该密封圈螺栓共8条，材质为C-422，规格为M10×35mm。据了解，断裂前，高旁温度由315℃突然升高至420℃。于是对8条断裂螺栓螺纹顶径进行了测量，断裂处螺栓螺纹顶径分别减小至约8.1mm~8.5mm，断裂处螺纹顶径数值明显减小，说明螺栓在断裂时被明显拉长而产生了明显的塑性变形。螺栓断裂前发生明显的宏观变形，这是韧性断裂的显著特征。

　　断裂螺栓的宏观断口颜色呈暗灰色，断口不平整，靠近断口中心凸起，沿螺纹根部有剪切唇，断口形状呈锥杯状。断口的宏观特征符合韧性断口特征，断口形貌如图1所示。

断裂螺栓断口

图1 断裂螺栓断口

2、材质以及硬度检测

　　采用NitonXL3T合金分析仪对断裂螺栓中的合金成分含量进行测定，依据标准DL/T439-2006合金成分含量规定，螺栓中Mn、Cr、Mo、V、Ni、Cu均符合标准要求，但未检测到W元素，与标准规定的W含量范围0.90~1.25%不符。在台式布洛维硬度仪上，对断裂螺栓横截面硬度进行检测，发现8条断裂螺栓硬度值在240~255HB，依据标准DL/T439-2006规定，C-422材料螺栓硬度值范围应为277~331HB，因此，初步判定断裂螺栓硬度值不符合标准规定，硬度不合格。