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瀏覽◕│₪↟:- 釋出日期◕│₪↟:2022-07-08 10:32:31【

摘 要:採用宏觀分析☁₪、化學成分分析☁₪、力學效能試驗☁₪、金相分析☁₪、斷口掃描電鏡及能譜分析等方 法,對某1000MW 核電機組進口主蒸汽隔離閥基板塊螺栓裂紋性質進行了分析.結果表明:螺栓 裂紋為鍛造(軋製)過程中形成的裂縫. 

關鍵詞:核電;螺栓;鍛造裂縫 

中圖分類號:TL48;TG142.23          文獻標誌碼:B        文章編號:1001G4012(2018)08G0615G03

材料為 ASTM A193Gr.B7鋼的某核電機組進 口主蒸汽隔離閥基板塊螺栓,在檢修時發現端面存 在縱向裂紋,螺栓實測總長度為170mm,螺桿外徑 為19.0mm,螺栓頭外徑為28.5mm.螺栓服役環 境溫度約200 ℃,採用力矩扳手安裝,載入力矩為 447N??m.筆者對開裂螺栓進行了檢驗和分析,以查 明其裂紋產生原因,避免類似失效的再發生.

理化檢驗 

1.1 宏觀分析 

失效螺栓宏觀形貌見圖1,可見裂紋位於螺栓 螺紋端頂面,呈彎曲走向,且沿頂面中間縱向開裂, 裂紋在螺紋端兩側表面長度分別為8.1,6.9mm. 

1.2 化學成分分析 

對失效 螺 栓 取 樣 進 行 化 學 成 分 分 析,結 果 如 表1所示,可 見 各 元 素 含 量 均 符 合 ASTM A193/A193M -17 Standard Specificationfor AlloyG Steel and Stainless Steel Bolting for High TemperatureorHighPressureServiceandOther SpecialPurposeApplications對 B7合金鋼螺栓成 分的規定. 

1000MW 核電機組主蒸汽隔離閥基板塊螺栓裂紋分析圖1

1000MW 核電機組主蒸汽隔離閥基板塊螺栓裂紋分析表1

1.3 力學效能試驗 

在失效螺栓上製取1個拉伸試樣☁₪、1個硬度試 樣,分別進行拉伸和硬度試驗,結果見表2.可見螺 栓材料室溫下的規定塑性延伸強度☁₪、抗拉強度☁₪、斷後 伸長 率☁₪、斷 面 收 縮 率 和 維 氏 硬 度 均 符 合 ASTM A193/A193M-17對 B7合金鋼新螺栓的規定. 

1000MW 核電機組主蒸汽隔離閥基板塊螺栓裂紋分析表2

1.4 金相分析 

分別在失 效 螺 栓 上 取 縱 向 和 橫 向 金 相 試 樣, 磨 制☁₪、拋光☁₪、化學侵蝕後在光學顯微鏡下觀察.由圖2可見:斷口源區附近存在少量二次裂紋,整個 裂紋面上均 存 在 一 層 全 脫 碳 層,全 脫 碳 層 的 顯 微 組織為鐵素 體;裂 紋 斷 口 頂 面 附 近 存 在 較 厚 的 氧 化物;螺栓顯微組織為回火馬氏體,且呈明顯的沿 螺栓軸向分 布 的 帶 狀 形 態,表 明 螺 栓 顯 微 組 織 雖 正常,但狀態不理想;螺栓基體顯微組織與斷口附 近顯微組織無明顯差異.

 1000MW 核電機組主蒸汽隔離閥基板塊螺栓裂紋分析圖2

1.5 斷口掃描電鏡分析 

將失效螺栓沿裂紋面開啟形成斷口.由圖3可 見:裂紋斷口呈縱向木紋狀花樣,裂紋斷口表面覆蓋 著一層氧化物,頂面附近裂紋斷口表面的氧化物厚 度明顯大於遠離頂面處的;裂紋斷口低倍下呈縱向 木紋狀花樣,可見氧化物開裂形態;高倍下頂面附近 的裂紋斷口為多個凹坑,其他區域存在較多體積型 的孔洞和一定寬度的裂縫. 

1000MW 核電機組主蒸汽隔離閥基板塊螺栓裂紋分析圖3

1.6 能譜分析 

對螺栓斷口表面氧化物進行能譜(EDS)微區成 分分析,結果見圖4和表3,可見裂紋斷口表面上的 物質主要元素成分為鐵和氧.

1000MW 核電機組主蒸汽隔離閥基板塊螺栓裂紋分析圖4

2 綜合分析 

螺栓裂紋位於螺紋端頂面呈彎曲走向,且沿頂 面中間縱向開裂;裂紋斷口表面覆蓋一層氧化物,微 觀下觀察可見氧化物開裂形態,頂面附近裂紋斷口 表面氧化物的厚度明顯大於遠離頂面位置的,氧化 物的主要元素成分為鐵和氧;整個裂紋面上均存在 一層全脫碳層,全脫碳層顯微組織為鐵素體;裂紋斷 口低倍下呈縱向木紋狀花樣,頂面附近的裂紋斷口為多個凹坑,其他區域斷口存在較多體積型的孔洞 和一定寬度的裂縫;綜合以上特徵分析認為螺栓的 裂紋性質為鍛造(軋製)過程中形成的裂縫. 

螺栓鍛造(軋製)過程中形成的裂縫一般在高溫 時形成,鍛造變形時由於裂縫擴大並接觸空氣,故裂 縫內充有氧化物,且裂紋面兩側脫碳,顯微組織為鐵 素體.在螺栓的後續切料工序中未徹底切除鍛造 (軋製)過程中形成的裂縫,遺留在螺栓兩端頂面,故 該螺栓裂紋屬於原始缺陷[1G2].螺栓頂面的裂紋為 鍛造(軋製)過程中形成的裂縫,其長度l 和深度b 已超過 GB/T5779.1-2000«緊韌體表面缺陷 螺 栓☁₪、螺釘和螺柱 一般要求»中的“l≤1d,b≤0.04d” (d 為螺紋公稱直徑)的技術要求.

3 結論及建議 

失效螺栓裂紋性質為鍛造(軋製)過程中形成的 裂縫.建議加強新螺栓的質量檢驗,剔除存在原始 缺陷的螺栓.


參考文獻: 

[1] 張青春,趙海麗,陳琦峰,等.B7螺桿上的螺紋剝落原因 分析[J].理化檢驗(物理分冊),2008,44(9):521G523. 

[2] 葉聖淵,方振麟,權淑麗,等.ML20MnTiB 高強度螺 栓頭 部 開 裂 原 因 分 析 [J].理 化 檢 驗 (物 理 分 冊), 2009,45(z1):78G80.


<文章來源  >材料與測試網 > 期刊論文 > 理化檢驗-物理分冊 > 54卷 > 8期 (pp:615-617)>

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