某电厂中压调速汽阀20Cr1Mo1VTiB钢螺栓断裂原因分析

摘要

[目的]某电厂检修期间4条中压调速汽阀螺栓发生断裂，需查明其原因。[方法]通过外观分析、扫描电镜(SEM)微观形貌分析、力学性能分析、化学成分分析、显微组织检测等方法，对断裂的螺栓进行了综合性失效分析。[结果]4条螺栓具有明显的脆性开裂特征，断口表面均存在明显的高温氧化层。螺栓的基体组织均为细晶粒状贝氏体，且存在大量球状碳化物颗粒，还发现四角状菱形夹杂物，在断口附近有蠕变孔洞和蠕变裂纹。螺栓的冲击吸收能量低于或接近标准要求的下限。[结论]中压调速汽阀20Cr1Mo1VTiB钢螺栓原始冶金工艺不当，基体存在大颗粒菱形夹杂物，导致韧性降低。螺栓在长时间高温应力耦合服役条件下，基体组织不断老化，并逐渐析出碳化物颗粒，碳化物颗粒随着运行时间的延长而不断聚集长大并沿晶界分布，同时晶界上形成大量蠕变孔洞和蠕变裂纹。大量粗大的碳化物和蠕变裂纹导致螺栓的力学性能下降，尤其是冲击韧性和硬度劣化。蠕变裂纹的聚集成为裂纹源，在中压调速汽阀动作时形成的冲击载荷作用下，螺栓外螺纹第一扣牙底应力集中部位发生开裂，裂纹不断扩展，最终引发螺栓脆性断裂。

关键词

中压调速汽阀 / 螺栓 / 蠕变 / 断裂失效 / 碳化物 / 力学性能