火电厂高温紧固螺栓现场理化检验方法

火电厂高温紧固螺栓现场理化检验方法

廖雄

上海电力建设研究所有限公司

摘要：随着我国电力行业的不断发展，火力发电技术越来越成熟。因此，火力发电厂的稳定运行可以更好地促进我国的经济发展。然而高温紧固螺栓是保证火电厂平稳运行的关键，对火力发电厂的发展具有特殊的意义。基于此，本文通过叙述火电场中常用高温紧固螺栓材料，从而探讨宏观检验、超声波检验、硬度检验、磁粉检验、金相检验这五种检验方式，以此来促进火力发电领域的发展。

关键词：火电厂；高温紧固螺栓；现场理化；检验

引言：受节能环保理念的影响，对火电厂的运行提出了严格的要求。而火电厂中的螺栓由于长期处于高温、高压的状态下，极其容易出现损坏。因此，定期地螺栓进行检验，可以有效地保证火电厂的运行安全。在检验螺栓的过程中，禁止使用破坏性的检验手段，应该根据螺栓的使用情况、现场的工作环境来选择具体的检验方式，从而在保证螺栓质量的同时有效地提高螺栓的检验效率。

1. 火电厂中常用的高温紧固螺栓材料

在当前火电厂高温紧固螺栓主要用到的材料为：25Cr2MoV、25Cr2Mo1V、20Cr1Mo1VNbTiB（争气一号钢）、20Cr1Mo1VTiB（争气二号钢）。

25Cr2MoV钢的是一种中碳Cr、Mo、耐热钢，该钢种具有较好的常温综合力学性能和较好的高温力学性能。在高温紧固螺栓的检验中，应该严格控制螺栓的硬度和金相组织。硬度值应严格控制在248～293HBW，以保证其塑性和韧性；正常的金相显微组织应为均匀的回火索氏体，不产生明显的网状晶界。在电厂检修过程中应加大对硬度检验的严格管控，当出现大量硬度超标时，需要金相检验比例，此时容易在出现网状晶界，而引起脆化，导致冲击韧性急骤下降，容易在服役过程中发生断裂。在经过适当的热处理，能够使脆化的螺栓硬度降低，冲击韧度提高，重新达到使用要求，具体的恢复热处理工艺可以参考25Cr2MoV钢高温螺栓恢复热处理工艺研究。

25Cr2Mo1V钢在长期高温服役条件下会形成黑色网状晶界，且晶界粗化，钒、硫元素在晶界处的聚集，导致冲击韧性降低、产生脆化现象，导致其服役寿命变短。对于在拆卸时操作不当存在缺口，产生应力集中，造成螺栓表面较深的划痕，当螺栓在承受过载冲击而发生断裂，通过恢复热处理工艺能基本消除网状晶界，改善微观组织，恢复螺栓的力学性能。

20Cr1Mo1VNbTiB钢是一种比较成熟的钢材，此钢应用于火电厂高温螺栓中经常会出现粗晶。粗晶就是指在对螺栓进行金相检验时，在金相显微镜的观察下，有一种可以在不同角度的光纤照射下形成不同颜色的多变形颗粒斑块，不再是正常组织情况下的宏观镜面情况，表现为中宏观组织的粗大。

20Cr1Mo1VTiB钢具有良好的应用性能，是我国研发出来的一种高温螺栓使用钢。作为低合金耐热钢，在其中加入Cr元素可以有效地提高钢的耐高温、耐氧化、抗腐蚀、蠕变性等能力。再加入Mo元素可以有效地增加钢的淬透性以及固溶体强化性，从而提高钢的高温强度，使其可以更好地应用于高温螺栓中。

2. 火电厂高温紧固螺栓现场理化检验方法

在火电厂中检验高温紧固螺栓的主要依据是DL/T438-2009H和DL/T439-2006的标准。在检验的过程中，可以根据火电厂的实际情况，来选择合适的检验方法。目前常用的检验方法有：宏观检验、超声波检验、硬度检验、磁粉检验、金相检验。其中宏观检验、超声波检验、硬度检验一般都是100%检验，而金相检验，一般情况下是按照正常抽取10%来检验，如果发粗晶则可以增加到50%进行检验，若还有其他时间，则需要使用100%的进行金相检验。

图一 高温紧固件

2.1.宏观检验

宏观检验是指利用肉眼或者放大镜来观察螺栓的表面，主要观察其表面是否有损伤和划痕。在螺栓拆卸和安装的过程中，技术工人的操作不严谨可能会导致螺纹出现划痕，当划痕的深度超出2mm时，需要及时对螺栓进行更换。宏观检验是最直接的检验方式，也是最浅显的检验方式，只能够掌握螺栓使用状况的表面信息，相当于是螺栓的一次检验。

2.2.超声波检验

超声波检验是应用超声波来对螺栓进行检验，主要的检验形式有纵波直探头端面探伤、纵波斜探头端面探伤、横波斜探头轴向探伤和爬波斜探头纵向探伤。其中纵波直探头端面探伤主要检验长度短且没有中心孔的螺纹；纵波斜探头端面探伤主要检验柔性有中心孔的螺栓本侧与对侧，其探头的选择为纵波折射角βＬ一般取 8.5°,频率为5MHz,晶片尺寸根据螺栓规格选择，纵波斜探头晶片尺寸的选择见如表一。

表一 纵波斜探头晶片尺寸的选择

横波斜探头轴向探伤主要用于检验螺栓端面面积小且无法进行拆卸的螺栓；横波斜探头的选择一般为K值取1.5～l.7,频率为5MHz晶片尺寸为8mm*12mm对于直径大于M100的螺栓,宜用2.5MHz的斜探头。爬波斜探头纵向探伤主要以压缩波的形式对螺栓的凹陷进行检验，可以有效的检验出螺栓的裂纹。在火电厂中，一般对螺栓直径大于32mm并且工作温度超出400℃时采用超声波检测，以此来保证火电厂运行的稳定性。

2.3.硬度检验

在火电厂检验螺栓的现场中采用硬度检验的方式，需要对温度高于400℃的螺栓进行检验，对质量低于5千克的螺栓进行夹持检验。在检验的过程中，一般采用便携式里氏硬度计来对螺栓进行硬度检验，通过将结果转化为布氏硬度来判断螺栓的硬度是否合格。在实际检验的过程汇总，里氏硬度计的结果范围偏大，同时还会出现硬度值超标的现象，然而使用便携式布氏硬度二次检验却是合格的现象。而且现场理氏硬度检验的情况与布氏硬度检验结果没有一定的规律性，不能用线性加成的方法处理，给现场的硬度检验带来一定的问题，需要检验中引起足够的重视。

2.4.磁粉检验

由于使用超声波检验的过程中，会出现对螺栓表面细小裂缝的漏检现象，因此可以采用磁粉检验来进行二次检验。磁粉检验的主要步骤有：预清洗、磁化、使用磁悬液、检验、记录、退磁、后处理。其中在检验的过程中需要保证室内的可光照度在201×以下，黑光灯辐射照度在1000以上。同时，在进行磁粉检验的过程中，一般选择YC=2的荧光磁粉，磁悬液的实际浓度是0.5g/L。此外，在更换螺栓时，可以先在螺杆和内侧螺纹的部位进行磁粉检验，从而保证螺栓的质量。

2.5.金相检验

金相检验主要是利用金相显微镜来观察螺栓的内部组织结构，从而推断出螺栓的使用寿命。在检验的过程中，技术人员通过便携式的金相显微镜在检验现场直接观察螺栓，正常螺栓中的组织是回火索氏体或粒状贝氏体，随着使用时间的推移，会导致螺栓内部的组织发生变化，因此利用金相显微镜检验可以通过观察这种变化来推断螺栓的使用情况。通常在进行100×和400×的金相分析时，对100×以下的粗晶识别比较有效，因为在100×下可以观察到比较大的晶粒，该晶粒一般呈现网状的形式，然而在400×只会有少量的晶粒，不容易被识别。而且在普通情况下，工件腐蚀表面不再是镜面，而是出现多个小镜面反光，粗晶的概率就相当大了。

结束语：综上所述，高温紧固螺栓的检验是保证火电厂运行安全的基础，同时也是火电厂需要重视的工作。在检验的过程中，必须严格地遵守检验技术的操作流程，从而全面的对螺栓进行质量检验，对于损坏严重的螺栓要及时的进行更换，防止在火电厂运行的过程中出现安全隐患。同时，在检验的过程中，应该采用合适的检验方法，从而提高检验螺栓的效率。

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