王芬玲, 王天剑, 李清松, 刘嘉伟, 裴玉冰

(东方汽轮机有限公司, 德阳 618000)

进入21世纪后，我国经济高速发展，同时也面临着能源紧缺与环境污染等问题，提高能源利用率和能量转化效率的最有效手段就是提高装置的运行参数[1-4]。螺栓作为汽轮机汽缸、管道法兰、各种阀门等使用的关键零件，不仅在结合面上承受着防漏气所施加的初始预紧弹性应力，还承受着高温运行及机组启停过程中产生的各种静、动应力，使螺栓在运行过程中易出现蠕变损伤[5-9]。

某电厂运行1.5×105h后，在检修过程中发现，高中压缸高温螺栓发生断裂。笔者通过化学成分分析、力学性能试验、断口分析、显微组织观察和能谱分析等方法，对螺栓断裂的原因进行分析，并提出应对措施。

1 理化检验

1.1 宏观观察

该电厂高中压缸由74支螺栓紧固，采用规格为φ120 mm×1 530 mm的双头螺柱，设计工作温度为537 ℃，螺栓材料为20Cr1Mo1VNbTiB钢。该双头螺栓的螺纹长度约为180 mm，螺栓的断裂位置位于螺纹长90 mm处，如图1a)所示。由图1b)可见：螺栓断口平整，断口被氧化后呈灰黑色，螺纹断面垂直于螺栓轴向；从裂纹扩展的放射状条纹特征来看，裂纹源位于外螺纹根部，裂纹从螺栓外表面向心部扩展，裂纹源部分区域因磨损而被破坏，瞬断区位于螺栓中心圆孔处。

图1 螺栓断裂位置及断口表面的宏观形貌Fig.1 Macro morphology fracture position a) and fracture surface b) of bolt

1.2 力学性能试验

断裂螺栓的化学成分满足标准要求，为全面分析断裂螺栓的力学性能，在螺栓近断口处(1号试样)以及螺柱上(2号试样)分别截取试样，进行力学]性能试验，结果如表1所示。……