超超临界汽轮机IN783螺栓断裂原因分析_杨超.pdf

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1、超超临界汽轮机ＩＮ７８３螺栓断裂原因分析杨超１，冯立中２，吴红涛２，杨贤彪１（１．江苏方天电力技术有限公司，南京２１１１０２；２．徐州华润电力有限公司，徐州２２１１４２）摘要：某电厂汽轮机运行过程中在其中调门ＩＮ７８３合金螺栓的光杆处发生断裂。通过宏观和微观观察、化学成分和性能检测的基础上，对螺栓断裂的原因进行了分析。结果表明：螺栓断裂起源于中心孔壁，断口以沿晶脆性形貌为主，断裂性质为应力加速晶界氧化（ＳＡＧＢＯ）脆性断裂；β时效处理不合格导致ＳＡＧＢＯ抗力不足是螺栓发生断裂的主要原因。关键词：ＩＮ７８３合金；螺栓；脆性断裂；β时效处理；应力加速晶界氧化中图分

2、类号：ＴＨ１３１．３文献标志码：Ｂ文章编号：１００１－４０１２（２０１５）０５－０３４６－０４ＡｎａｌｙｓｉｓｏｎＦｒａｃｔｕｒｅＲｅａｓｏｎｏｆＩＮ７８３ＢｏｌｔＡｐｐｌｉｅｄｉｎＵｌｔｒａＳｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌＳｔｅａｍＴｕｒｂｉｎｅ１，ＦＥＮＧＬｉ－ｚｈｏｎｇ２，ＷＵＨｏｎｇ－ｔａｏ２，ＹＡＮＧＸｉａｎ－ｂｉａｏ１ＹＡＮＧＣｈａｏ（１．ＪｉａｎｇｓｕＦｒｏｎｔｉｅｒＥｌｅｃｔｒｉｃＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｎａｎｊｉｎｇ２１１１０２，Ｃｈｉｎａ；２．ＣｈｉｎａＲｅｓｏｕｒｃｅｓＰｏｗｅｒ（Ｘｕｚｈｏｕ）Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｘｕｚｈｏｕ２１１

3、１０２，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＡｐｒｅｓｓｕｒｅｒｅｇｕｌａｔｏｒｖａｌｖｅｂｏｌｔｍａｄｅｂｙａｌｌｏｙＩＮ７８３ｉｎａｐｏｗｅｒｐｌａｎｔｗａｓｆｒａｃｔｕｒｅｄａｔｔｈｅｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｂｏｌｔｗａｉｓｔｄｕｒｉｎｇｏｐｅｒａｔｉｏｎ．Ｂａｓｅｄｏｎｍａｃｒｏａｎｄｍｉｃｒｏｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ，ｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｙｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ，ｔｈｅｆｒａｃｔｕｒｅｒｅａｓｏｎｏｆｂｏｌｔｗａｓｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｆｒａｃｔｕｒｅｏｒｉｇｉｎ

4、ａｔｅｄｆｒｏｍｔｈｅｃｅｎｔｅｒｈｏｌｅｗａｌｌ，ｔｈｅｍａｉｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆｆｒａｃｔｕｒｅｗａｓｉｎｔｅｒｇｒａｎｕｌａｒｂｒｉｔｔｌｅｎｅｓｓｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ，ａｎｄｔｈｅｆｒａｃｔｕｒｅｍｏｄｅｗａｓｂｒｉｔｔｌｅｆｒａｃｔｕｒｅｃａｕｓｅｄｂｙｓｔｒｅｓｓａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄｇｒａｉｎｂｏｕｎｄａｒｙｏｘｉｄａｔｉｖｅ（ＳＡＧＢＯ）；ｔｈｅｌｏｗｅｒｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆＳＡＧＢＯｄｕｅｔｏａｇｉｎｇｔｒｅａｔｍｅｎｔｆａｉｌｕｒｅｏｆβｐｈａｓｅｓｗａｓｔｈｅｍａｉｎｃａｓｅｏｆｆｒａｃｔｕｒｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｌｌ

5、ｏｙＩＮ７８３；ｂｏｌｔ；ｂｒｉｔｔｌｅｆｒａｃｔｕｒｅ；ａｇｉｎｇｏｆβｐｈａｓｅｓ；ＳＡＧＢＯ某电厂１０００ＭＷ超超临界火力发电机组汽轮了理化检验及分析。机６１号中调门螺栓在停机检修－启机运行后仅一周１理化检验时间发生断裂。螺栓材料为ＩＮ７８３合金，规格为Ｍ７２ｍｍ×６ｍｍ×３３０ｍｍ，运行温度６００℃。１．１外观检查２０世纪９０年代末，美国ＳｐｅｃｉａｌＭｅｔａｌｓ开发出螺栓的形状和尺寸见图１，螺栓内部有中心孔，一种用于航空发动机的新型抗氧化性低膨胀高温合光杆直径小于螺栓头部直径，断裂位于光杆靠栽丝［１］金Ｉｎｃｏｎｅｌａｌｌｏｙ７８３（简称ＩＮ７８３）

6、，近年来随着超侧的变径处（图２）。将断裂处纵向剖开并将内壁部超临界汽轮机技术的兴起，该合金也被用作超超临分区域打磨，发现靠断口位置螺栓中心孔内表面多界机组的螺栓材料。与Ｉｎｃｏ９ｘｘ系列合金相比，处有横向裂纹（图３），未打磨区域裂纹末端还发现ＩＮ７８３大幅度提高了合金中的铝含量，促使合金中沿晶析出β－ＮｉＡｌ相，从而提高了合金应力加速晶界氧化（ＳＡＧＢＯ）抗力和持久寿命。为查找该螺栓发生断裂的原因，笔者对其进行图１螺栓形状尺寸示意图（ｍｍ）收稿日期：２０１４－０７－２２作者简介：杨超（１９７９－），男，高级工程师，学士。Ｆｉｇ．１Ｓｋｅｔｃｈｍａｐｏｆｔｈｅｓ

7、ｈａｐｅａｎｄｓｉｚｅｏｆｂｏｌｔ３４６杨超等：超超临界汽轮机ＩＮ７８３螺栓断裂原因分析图２螺栓的断裂位置Ｆｉｇ．２Ｆｒａｃｔｕｒｅｌｏｃａｔｉｏｎｏｆｂｏｌｔ图５清洗前断口上的氧化膜Ｆｉｇ．５Ｏｘｉｄｅｆｉｌｍｏｎｔｈｅｆｒａｃｔｕｒｅｂｅｆｏｒｅｃｌｅａｎｉｎｇ图３螺栓中心孔表面的横向裂纹Ｆｉｇ．３Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅｃｒａｃｋｓｏｎｂｏｌｔｈｏｌｅｓｕｒｆａｃｅ有聚集颗粒状氧化产物。图６清洗后断口上的沿晶开裂形貌及二次裂纹１．２断口分析Ｆｉｇ．６Ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｏｆｉｎｔｅｒｇｒａｎｕｌａｒｃｒａｃｋｉｎｇａｎｄ螺栓断口的宏观形貌如图４所示，断口上没

8、有ｓｅｃｏｎｄａｒｙｃｒａｃｋｓｏｎｔ