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    郑州高氏电磁感应加热设备有限公司

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    M90高温紧固螺栓是火力发电厂汽轮机及蒸汽管道上广泛使用的重要联接紧固零件,工作温度为500-5500C,工作压力为13MPa。高温螺栓要求强韧性好、耐热性高、抗松弛性好和性能稳定。所以对其进行高频加热机热处理工艺。工件要求硬度为240-270HBW,金相组织和力学性能应符合相关标准的要求。高温螺栓材料采用25Cr2MolV钢。生产中发现,25Cr2MolV钢高温紧固螺栓服役几万小时后运行中常出现脆化现象,即热脆性缺陷,特点是工件硬度明显升高,而冲击韧度aK值剧降,使工件在运行中出现脆断,以至造成重大事故。

    高温紧固螺栓失效分析采用运行40000h、已出现脆化缺陷的工件。断口形貌观察,断口有金属光泽,呈结晶图状,未发现放射区、纤维区和剪切唇特征,该断口为脆性断裂。扫描二次电子图像显示,微观形貌为冰糖状沿晶断裂。金相组织观察,工件经高频加热机高温热处理后,在奥氏体晶界处出现黑色网状组织,晶内为细索氏体组织。上述检验表明,本批高温紧固螺栓缺陷工件的硬度、塑尝、aK值和金相组织已不符合技术标准要求,属不合格工件,该批工件已经失效。

    分析认为,该批工件在高频加热机加热条件下,易于在晶内短程扩散生成超微片状析出。这是由于邻近原奥氏体晶界区域缺陷较多,故合金元素及碳原子经扩散在品界处沉积形成晶间析出物,相邻区域为无析出层,形成沿晶界合金元素贫化的“弱化带”;而晶内则相反,由于V是强碳化物形成元素,V短程扩散在基体上伐-Fe(100)晶面产生偏聚形成GP区,接着形成超微片状析出物VC,使基体大大强化。由此出现了强化区域周围分布断续网状析出物的弱化带相连接,当有外力特别是冲击负荷作用形成应力集中时,将使薄弱环节处产生微裂纹,并在应力作用下沿晶界缺陷区扩展出现沿晶断裂,工件aK值大幅度下降,工件脆化,并形成宏观脆性断口。针对工件脆化形成机制和脆性断裂危害,经试验提出恢复高频加热机热处理工艺。恢复热处理采用高频加热机加热处理。恢复热处理后工件性能良好,回火后经喷砂加工,工件表面呈银灰色,表面质量良好,经超声波检查,未发现任何缺陷,产品质量完全符合技术标准要求。经恢复高频加热机热处理后进行组织检验发现,其晶界区域黑色网状组织消失,晶粒细小,晶内组织为回火索氏体+少量粒状贝氏体。由于恢复热处理有效消除了产生脆化的组织因素,因而使脆化工件重新获得优良的性能。

    生产运行考核,采用恢复高频加热机热处理的高温紧固螺栓运行30000h后检查,未发现异常,工件性能良好,后经多次长时间生产运行考核,表明工件性能优良,生产运行良好。恢复热处理工艺成功解决了高温紧固螺栓的脆化及脆性断裂问题。

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