中压主汽门用20Cr1Mo1VTiB钢紧固螺栓断裂分析

作者：郑建军; 樊子铭; 程旭; 张艳飞; 石全强^*

来源：金属热处理, 2023, 48(11): 293-299.

DOI：10.13251/j.issn.0254-6051.2023.11.048

• 中压主汽门
• 20Cr1Mo1VTiB钢
• 紧固螺栓
• 断裂分析
• 夹杂物
• 碳化物

在对某汽轮机组中压主汽门进行解体检修时，发现两根20Cr1Mo1VTiB钢高温紧固螺栓发生断裂失效现象。采用化学成分分析、宏观及微观形貌观察、冲击断口分析及力学性能测试等方法剖析了螺栓发生提前断裂失效的原因，并阐明了其断裂失效机理。结果表明，两根20Cr1Mo1VTiB钢高温紧固螺栓的脆性断裂现象均发生于螺母端第一扣螺纹牙底处，且与长期高温的运行工况有关。20Cr1Mo1VTiB钢高温紧固螺栓在长时高温和交变循环应力共同作用下，基体中的碳化物颗粒逐渐发生Ostwald熟化，导致其韧性降低，且于应力集中程度较高的螺母端第一扣螺纹牙底处形成蠕变孔洞，致使其发生提前断裂失效。此外，1号螺栓基体中存在的平均尺寸为5μm且呈线性分布的Ti(N,C)夹杂物，进一步降低了冲击性能，从而导致其先于2号螺栓发生断裂。由于中压主汽门整体的受力状况在1号螺栓发生脆性断裂后发生改变，进而导致冲击性能余量较小的2号螺栓随之发生脆性断裂失效。

• 单位
  内蒙古电力（集团）有限责任公司内蒙古电力科学研究院分公司; 中国科学院金属研究所