汽轮机高温镍基合金螺栓断裂原因分析

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［３ 王晓刚 ． １］ 碳化硅合 成理论 与技术 ［ ． 西 ： 西科 Ｍ］ 陕 陕
学 技 术 出 版 社 ，０ １２ － ． ２０ ：６２ ７
１ｚ ｄ ｓ ｎｈ ｓ ｆＳ Ｃ ｎ ｎ ｆ ｅ ｓ ｆ ｍ ｔ ｙｔ ｃ ｌｒ ｓ— ｙ ｅ ｙ ｔ ｅ ｉ ｏ ｉ ａ ｏ ｂ ｒ ｒ ｓ ｉ ｏ ｍｅ ｈ ｌ ｉ ｈｏ ｏ ｉ ｒ
ｌ ｅＪ ．ｎｒ ｎｃｍ ｔ ａ ．０ ８ ４ （ ） ３ ８３４ ａ ［ ］ ｉｏｇ ｉ ａ ｒ ｌ ２０ ，４ ４ ：８ － ． ｎ ａ ｅ ｓ ｉ ９
５． ３
［ ９］
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及其进展 ［ ］ 西安科 技学 院学报 ，０ １２ （ ） ３ ７ Ｊ． ２０ ，１ ４ ：４ —
３ ０． ５
［ ｊ Ｙ Ｌｃｎｅ Ｍ Ｌｐ ｒ ｘ Ｘ Ｐ ｔｅ，ｔ １Ｃ ｎｒ ｌ ｙ— ２ ｅｏｔ， ｅ ａ ｕ ， ｏｔ ｒｅ ａ ｏｔ ｌ ｄＳ ｎ ｏ ｉ ． ｏｅ
图 １ 断 口宏观 形 貌 （ ） １
１ 试 验 分析
１ １ 螺栓 断 口宏 观分析 ．
螺栓 在 光杆 部 位断 裂 ， 裂部 位距 离 栽 丝侧 丝 断 扣 边缘约 为光杆 长度 的 １３ ／ 。螺栓 中心孔 可 见 与轴
向成 ４ 。 ５ 的裂纹 ， 如图 １ 所示 ， 有明显的与断面成一 定 角度 的裂纹 ， 图 １２所示 ， 如 、 可见 螺栓 在断裂 之前 已存 在多 条裂纹 缺 陷 ； 口粗 糙 ， 结 晶 状 ， 面不 断 呈 断 平整， 为脆性 断 口特 征 ； 口无金 属 光 泽 ， 能是 高 断 可 温蒸汽对断面有高温氧化腐蚀所致 ； 口由中心孔 断 及 螺 栓表 面上 存在 分别 向外 及 向里 的放 射 花样 ， 可
２０ ，６ ４ ：０ － ５ ０ ６２ （ ）５ ２５ ． ０
［ ］ 黄政仁 ， ７ 江东亮 ， 谭寿洪 ．砂磨 粉碎制备 ＳＣ超细粉体 ｉ ［ ］ 材料科学 与工程 ，００，８ ３ ：８ Ｊ． ２ ０ １ （ ）４ ．
［ ］ 张波 ， ８ 李建 保 ， 晶 晶 ．溶胶 一凝胶 法制备 纳米 碳化 孙 硅粉的几种影响因素 ［ ］ 炭 素技 术 ，０ ０ １ （ ） ５ — Ｊ． ２０ ，５ ４ ：０
１ Ｆ ｂ ｃ ｔ ｎ ｈ ｒｃ ｅｉａ ｉ ｓ ｉ ｏ ａ ｂ ｄ ａ ． ａ ｒ ａｉｎ ａ ｄ ｃ ａ ａ ｔｒｚ ｔ ｎ ｏ ｉ ｅ ｎ ｒ ｉ ｅ一 ｉ ０ ｏ ｆ ｌ
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［ ］ Ｐ Ｍ Ｓｌ ｋ ， ｈ ｐｋ ＴＶ Ｔ ｍ ｌ，ｔ ． ｅ—ｃｔ． ３ ｉ ｎ ｏ Ａ Ｎ Ｓｌ ａ ， ｏ ｉ ｅ ａ Ｆ ｅ ａ ａ １ ａ ａ
Ｓ ｉ ｃ．０ ７ ４ （６ ：８８６ ８ ． ｃ ｎｅ２０ ，２ １ ）６ ７ － ６ ｅ ８
ｒ Ｕ ｉｇＩｄｃ ｖｌ Ｃｕ ｌ ｌ ｍ ． ｌ ｍ ｈｍ［ ］ ｙ ｓ ｕｔ ｅ ｏｐ ｄＰａ ａＰａ ａＣ ｅ Ｊ ． ｎ ｎ ｉ ｙ ｅ ｓ ｓ
ｌ ｓ ｏ ｅ ｓ ２ ０８， ２３ ２４ Ｐ ａ ｍａ Ｐｒｃ ｓ ． ０ ２８： ３－ ８．
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（ 接第４ 上 ７页）
分析 看 ， 螺栓 断裂 属 于典型 的冰糖 状沿 晶脆性 断裂 。
另外 ， 螺栓 在检修 中 出现 表 面损 伤 或 受 到较 大 的 预 紧力也是螺 栓 断裂 的另一原 因。 建议加 强 高温 镍 基 合 金 Ｇ ４４ ／ Ｑ 的金属 监 Ｈ １５ Ｓ
图 ２ 断 口宏 观 形 貌 （ ） ２
１ ２ 化学成 分分 析 ．
用 光 谱 仪 对 断 裂 螺 栓进 行 合 金 含 量 半定 量 分 析， 合金成 分见 表 １ 。
表 １ 断 裂 螺栓 合 金 成 分 分 析
５ ０
甘
肃
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
科
技
第２ ８卷
３ 结 论
以工业硅质和碳质原料 ， 在催化剂作用下 ， 采用
［ ］ 王晓刚 ， １ 刘永胜 ， 晓池 ， ．ｉ 李 等 ＳＣ材料 的工业制备方 法
ｉ ｄ ｍｔ ｒ ｒ ［ ］ Ｍｉ ｎ．０ ４ ７ － １６ ｆ ｌ —ｅ ｉｅ ｒ ｙ Ｊ ． ｃｏＥ ｇ２ ０ ，３７ ：０ ． ｅ ｔ ａａ ｒ ４
ｆ ］ 杨金成 ， ６ 强军锋 ， 樊子 民 ， ．多热源碳 化硅 合成 炉热 等 源参数与 产率 的关 系 研究 ［ ］ 西安 科技 大 学学 报 ， Ｊ．
Ｓ ｉ １９ ２ ４ ６ ． ｃ． ９ ９， ６： １ ０
ｗｔｏｔ ｍｏ ｈｕ ｉ２ ｒｐ ｉｇｌ ｅ ［ ］ Ｍ ｔｌｒｉ ｉ ｕ ａ ｒ ｏｓＳ ａｐｎ ｙｒ Ｊ ． ｅａｕｇ ａ ｈ ｐ Ｏｗ ａ ｓ ｌ ｃ ｌ
ａｄＭａ ｒ ｓ ｒｎａｔ ｎ ． ９９ ３ （ ）２ ３２ ９ ｎ ｔ ａ ａｓｃｉ ｓＡ １９ ，０ １ ：１ －１ ． ｅｌ Ｔ ｉ ｏ
１ ７８ ９
２ 结 论及 建 议
实验分析结果表明， 该螺栓化学成分及硬度值 均符合 制造厂 标准要 求 ， 金相分析 看 ， 从 晶界 上存在 链状及团状的碳化物及其他夹杂物析出相 ， 使晶界 脆化 ， 导致了沿晶裂纹产生 ； 晶粒粗大加剧 了碳化物 在 晶界 的聚集 ， 晶界脆化倾 向加剧 ； 使 严重 的混晶现
第２ ８卷 第 ４期 ２ １ ２月 ０２年
甘肃科 技
Ｇａ ｓ ｃ ｅ ｃ ｎ ｃ ｎ ｌ ｎ ｕ Ｓ ｉｎ ｅ ａ ｄ Ｔｅ ｈ ｏ ｏ
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Ｆｅ ． ２０１ ｂ ２
汽 轮 机 高 温镍 基 合 金 螺栓 断裂 原 因分 析
王炳慧 ， 健 张举 贤 高 ，
Ｓ Ｃ ｐ ｒｉｌｓ ｂ ．Ｃ ｔｅ ｍａ ｌ ｓ ：ａｓ ｓ ｍａ ｉ ｉ ａｔ ｅ ｙ ｄ ． ｈ ｒ ｌ ｐ ａ ｍａ ｙ ｔ ｔ ｃ ｅ ｃ印 ・
ｐｏｃ ａｅ ｎ ｉ ｅｔ ｎ ｐｒ ｅｅ Ｊ ．Ｊ ａｅ ｒ ｈ ｂｓｄ ｏ ｎ ｃ ｏ ａａ ｔｒ ａ ｊ ｉ ｍ ｓ［ ］ Ｍ ｔｒ
无 限微热 源法 可一 次合成 纯 度达 ９ ％ ， ８ 一次 粒 度在 １ 米左 右 的 无 定形 和半 自形 团聚 Ｂ—Ｓ Ｏ微 ｉ 体。 Ｃ粉 产 量大 ， 本低 ， 理 调 整供 电参数 ， 以控 制 粉体 成 合 可 的粒度 以及提 高 Ｂ— ｉ 体 的产 率 。 ＳＣ粉
参 考文 献 ：
［ ］ Ｇ Ｗ． ｎ ， ． ｈｎ ， ． ｉ，ｔ １ ｙｔｅｉ ｏ ｅ— ４ ． Ｍｅｇ Ｌ Ｄ Ｚ ａｇ Ｙ Ｑｎ ｅ ａ Ｓ ｎ ｓ ｆ ｎ ． ｈ ｓ ｏ
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督 力度 ， 同时拆装 螺栓 时 防止螺 栓严重 损伤 ， 螺栓 预 紧时必须严 格按 照 规 程或 制 造 厂 规定 施 工 ， 保 机 确 组在 大修 周期 内 的安 全稳 定运行 。 参 考文 献 ：
［ ］ 冶军 ．美 国镍 基 高 温合 金 ［ ． 京 ： 学 出版 社 ， １ Ｍ］ 北 科
ｔｅｉ ｏ ｈ ｓ ｆＢ—ＳＣ Ｎ ｎ ｐ ｗ ｅｓ ｉ ａ ａ ｌ Ｓｏ ｈｏ ｔ ｓ ｉ ａ ｏ ｏ ｄ ｒ ｗ ｔ Ｖ ｒ ｂｅ ｔｉ ｉ — ｈ ｉ ｃ ｍｅ
ｂ ｍ ｓ ａｉｃｔ ｎ ｒ ｉｕ ［ ］ Ｊｕｎ ｔｒ ｓ ｉ ａｓｇ ｆ ａｉ ｅ ｄ ｅ Ｊ ．ｏｒａ ｏ Ｍａ ｉ ｏ ｓｉ ｏ ｓ ｌｆ ｅａ ｌ
化、 晶界结合 力下 降而产生沿晶裂纹 ， 导致螺栓 发生沿 晶脆性断裂 。另外 ， 栓在检修 中出现表 面损伤 或受较大 的 螺
预紧力也是螺栓断裂的另一原因。 关键 词 ： Ｈ １５ Ｓ 螺栓 ； Ｇ ４４ ／ Ｑ； 混晶； 化物析出； 碳 脆性断裂
中 图 分类 号 ：Ｇ １ Ｔ １３
２ １ 年 靖远 第 二 发 电有 限公 司 ５机 组 大修 中 ０１ 发现 高压 内缸 、 高压 内缸静 叶持 环有 ７条螺 栓断裂 ，
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［ ５］
Ｖ Ａ， ｅｒｅｓ Ｈ， ａ Ｖ Ｈ ｎ ａ Ｚ Ｈ ｅｋｎ Ｃ Ｔ Ｖ ｎ Ａ Ｖ，ｅ ｔ
［Ｏ １］
Ｋａａ Ｄ， ｉ ， ａ ｕ ｈ Ｒ ｏ ｕ ｔ ｎ ｓ ｎ ｈ ｓｓ ｏ ｌ ｔ Ｌ ｓＪ Ｐ ｍｐ ｃ Ｃ ｍｂ ｓｉ ｙ ｔｅ ｉ ｆ ｍｕ— ｏ
ｔ ｈ ｅｐｗ ｅ ｅＳ —Ｃ—Ｎ ｓｓ ｍ［ ］Ｓｌ ｔ ｅ ｉ ａ ｏ ｄｒ ｉ ｔ ｉ ｐｓ ｓ ｎｈ ｙｔ Ｊ ．ｏｉ Ｓａ ｅ ｄ ｔ
（．靖远第二发电有限公司 ， １ 甘肃 白银 ７ ０ １ ；．甘肃电力科学研究院 ， ３ ９９ ２ 甘肃 兰州 ７０ ５ ） ３ ００
摘
要： 对靖远第二发 电有限公司汽轮机 Ｇ ４ ４ ／ Ｑ高温镍基合金断裂螺栓利用扫描电子显微镜 、 Ｈ １５ Ｓ 光学 显微 镜等进
行 了分析研究。断裂螺栓 晶粒粗大 ， 有严重的混 晶现象 ， 碳化 物及其 他夹杂物 在晶界呈链状 或团状析 出 ， 晶界脆 使
年代中期开发的以 ［ ３ Ａ 、ｉＮ ） 为主要强化 Ｎ （ ｌ 、ｂ ］ Ｔ 相 的镍 基 时 效 硬 化 型合 金 ¨ ， Ｊ 主要 应 用 于 ３０ ０ ＭＷ 汽轮 机高 中压 内 缸法 兰 紧 固螺 栓 。本 文 抽 取 １ 条
Ｍ ２× ３８双 头螺柱进 行 了分 析 。 ７ ３× ８
见 在从 螺栓 内部产 生 的裂 纹与外 表 面产生 的裂 纹共 同作用 下 ， 栓最 终 由于 强度 不 够 而 断裂 。外 表 面 螺
其中有 ６ 条材料为镍基 高温合金 Ｇ ４４ ／ Ｑ Ｍ ５ Ｈ １５ Ｓ ， ８ ×３× ２ ８５双头螺柱 １ 、 ７ 条 Ｍ ２×３×４ １双头 螺 柱 １ ７
条 、 ２× ３ ８双 头螺柱 ３条 、 ７ ３× ４ Ｍ７ ３× ８ Ｍ ２× ５ １双 头
产生裂 纹 的原 因为螺 栓热 紧时 由于加 热不 均匀 造成 局 部地 区温 度过高 ， 由此形 成裂 纹 ， 检修 时机 械损 或 伤造成 应力 集 中而导致螺 栓断裂 。
螺柱 １ 。在前 ３次汽轮 机检修 中 同样发 现该材 质 条 螺栓 断裂情 况 ，９８年 首次 检 修 中发 现 ｌ 断裂 、 １９ ５条 ２０ ０ ３年检 修 中发现 ３条 断裂 、０５年检 修 中发 现 ６ ２０ 条 断裂 。高 温 镍 基合 金 Ｇ ４４ ／ Ｑ是 ２ Ｈ １５ Ｓ ０世 纪 ８ ０