火力发电厂高温紧固件技术导则.docx

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火力发电厂高温紧固件技术导则

1 范围

本标准规定了火力发电厂高温紧固件的检验内容、方法和处理措施，并对螺栓紧固与拆卸提出了要求。

本标准适用于工作温度400ºC以上的汽缸、汽门、各种阀门和蒸汽管道法兰的螺栓、螺母和垫片的检验和处理。

对于工作温度400ºC及以下的紧固件可参照执行。

2规范性引用文件

下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。

凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版本均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方厂家是否可使用这些文件的最新版本。

凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。

GB/T2紧固件外螺纹的末端

GB/T3普通螺纹收尾、肩具、退刀槽和倒角

GB/T90.1紧固件验收检查

GB/T90.2紧固件标志与包装

GB/T98止动垫圈技术条件

GB/T196普通螺纹基本尺寸

GBIT197普通螺纹公差

GB/T231.l金属布氏硬度试验方法第1部分：

试验方法

GB/T5779.1 紧固件表面缺陷螺栓、螺钉和螺柱一般要求

GB/T5779.2 紧固件表面缺陷螺母

GB/T6394 金属平均晶粒度测定方法

GB/T17934 金属里氏硬度试验方法

DL/T694 火电厂高温高压蒸汽管道蠕变监督规程

DLT/884火电厂金相检验与评定导则

JB4730 压力容器无损检验

3选材原则

3.1较好的抗松驰性，使螺栓在较低的预紧应力下，经过一个设计运行周期后，其残余紧应力仍高于最小密封应力。

3.2强度和塑性的良好配合，蠕变缺口敏感性小。

一般要求螺栓材料在8000h～10000h以上光滑试样的持久塑性分别为：

新材料太于5%；已运行材料不应低于3%。

3.3组织稳定，热脆性倾向小。

3.4 良好的搞氧化性能，防止长期运行后因螺纹氧化而发生螺栓和螺母咬死现象。

3.5螺母强度宜比螺栓材料低一级，硬度低20HBW～50HBW。

用于各工作温度等级的常用螺栓材料列于表1，表中螺栓材料用作螺母时，可比表1中所列温度高30ºC～50ºC。

常用螺栓材料的化学成分、力学性能参见附录A,热处理工艺参见附录B。

3.6原则上同一法兰的紧固件应采用相同的钢号、强度等级和结构形式。

当在同一法兰上要安装不同材料和强度等级的紧固件时，则应考虑计算由不同线膨胀系数和抗松弛性性能引起的影响。

表1 各工作温度下选用的常用螺栓材料

最高使用温度

℃

牌号

400

35（螺母用材）

400

400～413

480

20CrMo（螺母用材）

480

35CrMo

510

25Cr2MoV

20CrMo550

25Cr2Mo1V

550

20Cr1Mo1V1

570

20Cr1Mo1VNbTiB（推荐使用钢材）

570

20Cr1Mo1VTiB（推荐使用钢材）

570

C-422（2Cr12NiMo1W1V）（推荐使用钢材）

677

R-26（Ni-Cr-Co合金）

677

GH4145（Ni-Cr合金）

4检验与更换报废

4.1 使用前的检验验

4.1.1使用前应逐根检验

4.1.2到货验收时应根据GB/T90.l、GBf/90.2的要求检查包装质量，根据产品标准的规定检查产品的标识、数量和产品质量检验单（包括化学成分、低倍主高倍组织、力学性能）。

4.1.3进行几何尺寸、表面粗糙度及表面质量的检查，应符合GB/T2、GB/T3、GB/T98、GB/T196、

GB/T197、GB/T5779.1、GB/T5779.2等标准和图样要求。

螺纹表面应光滑，不应有凹痕、裂纹、锈蚀、毛刺和其他会引起应力集中的缺陷。

4.1.4对大于和等于M32的螺栓均应依据DL/T694的要求，进行100%超声波探伤，必要时可按JB4730

进行磁粉、着色检查及其他有效无损检验方法。

4.1．5螺栓和螺母坯料或粗加工半成品进行调质处理后，方可加工成成品。

4.1.6合金钢、高温合金螺栓、螺母应进行100%光谱检验，检查部位为螺栓端面，分析结果应与材料牌号相符，对高合金钢或高温合金的光谱检查斑点应及时打磨消除。

4.1.7螺栓材料的理化检验按照相应材料的技术条件或制造厂标准执行。

对螺栓材料的一些特殊要求则按协议书执行。

4.1.8　M32规格及以上螺栓应按GB/T231.1进行100%硬度检验。

检查部位为螺栓光杆或端面1/2半径处，硬度检验首选直接进行布氏硬度检验。

在无法使用布氏硬度测试时，可使用按GB/T　l7394便携式里氏硬度计测试，但应努力减小各种因素对试验结果的影响。

螺栓硬度要求参见附录A的表A.2。

对镍基合金螺栓进行硬度试验时，应注意加工硬化倾向对试验结果的影响。

4.1.9对大于M32的螺栓应按DL/T884进行金组织抽验，每种材料、规格的螺栓抽检数量不应少于

一件，检查部位可在螺栓光杆或端面处。

铁素体类钢的螺栓材料正常组织为均匀回火索氏体；镍基合金螺栓材料的正常组织为均匀的奥氏体；带状组织、夹杂物体严重超标、方向性排列的粗大贝氏体组织、粗大原奥氏体黑色网状晶界均属于异常组织。

4.1.10 当硬度不合格时，可通过解剖螺栓进行力学性能试验判定。

4.1.11 对20CrIMo1VNbTiB钢螺栓，组织性能规定如下（检验与评级参见附录C）。

——硬度：

252HBW'-302HBW。

——U形缺口冲击功：

小于M52的螺栓，Ak≥63J;等于或大于M52的螺栓，Ak≥47J。

——对刚性螺栓的U形缺口冲击功应比柔性螺栓高16J。

——按晶粒形态和尺寸将组织分为7级（参见附录c的浓C.1），根据螺栓的结构和使用条件，允许使用的级别见表2。

表2 20CrIMo1VNbTiB钢允许使用的晶粒级别

序号

使用条件

螺栓结构

允许使用级

原设计螺栓材料为20CrIMo1VNbTiB钢

柔性螺栓

引进大机组代用20CrIMo1VNbTiB钢

柔性螺栓

原设计为540ºC等级，容量在200MW以下的机组螺栓，如果用该钢种

柔性螺栓

3、4、5、6、7

柔性螺栓

4.1.12所有高温螺栓、螺母应在外露端打出材料标记，以便辨认。

4.1.13抽取高压内缸每种规格、每种材料的20%螺栓（但不应少于两根）作为蠕变监督螺栓，使用前分别在该螺杆两端面打上样冲眼，测量样冲眼之间的距离，将此距离作为蠕变测量的初始长度。

测量工具为专用卡尺，测量方法见DL/T441。

4.2投运后的检验

4.2.1检验的内容应根据制造厂提供的技术规范进行，或按本技术导则的规定要求，并根据机组设备的特点，制订相应的检验规定，应加强对以下螺栓的监督和检验。

特点，制订棚艨

——蒸汽温度510ºC以上而具有热脆倾向的25Cr2MoV和25Cr2Mo1V钢螺栓。

——已断裂的螺栓组中，尚未断裂的螺栓。

——高压汽缸高温段螺栓，调速汽门和主汽门螺栓。

——检验发现有黑色网状奥氏体晶界的螺栓。

4.2.2大修时，对大于M32的高温螺栓应拆卸进行100%无损探伤，检测方法及要求见4.1.4的规定。

4.2.3累计运行时间达5万h，对大于M32的高温螺栓，应根据螺栓的规格和材料，至少抽查1/3数量螺栓进行硬度检验，当抽查比例不足一件时，抽取一件。

以后抽查周期约3万h～5万h。

硬度检查的部位在螺栓光杆处，硬度检测方法及要求见4.1.8的规定。

4.2.4累计运行时间达5万h，对大于M32的高温螺栓，应根据螺栓的规格和材料，至少抽查1/10数量螺栓进行硬度检验，当抽查比例不足一件时，抽取一件。

以后抽查周期约3万h～5万h。

金相检查的部位在螺栓光杆处，金相检测方法及要求见4.1.9的规定。

4.2.5每次大修时应时行蠕变监督螺栓的长度测量，然后穿出蠕变变形量。

测量位置、工具、方法见4.1.13的规定。

4.2.6 对CrMoV钢、多元强化CrMoV钢和强化的l2%铬型钢制螺栓的蠕变变形量达到0.7%时，或螺

栓累计运行时间达到8万h～10万h，未进行蠕变变形测量的，应进行解剖试验。

解剖试验至少从螺栓组中选择一根有代表性的螺栓进行解剖试验。

抽验螺栓应是工作温度最高，或应力量大，或材料质量有问题的螺栓。

4.2.7在任何情况下，断裂的螺栓均应进行解剖试验和失效分析。

4.2.8经检验的螺栓可分为三类：

——正常螺栓。

——需重新热处理的螺栓。

硬度高于要求的上限或者低于要求下限的螺栓，以及具有粗大原奥氏体黑色网状晶界的螺栓，进行重新热处理的螺栓按已恢复热处理螺栓的等级使用。

——超过标准需报废的螺栓。

4.2.9根据上述各项检验结果，进行综合分析，对运行螺栓的安全性作出评定，并提出改进措施和需扩大检查的内容与数量。

4.3更换与报废

4.3.1 对运行运行后检验结果符合下列条件之一者应进行更换，更换下的螺栓可进行恢复热处理，检验合格后可继续使用。

如已完成运行螺栓的安全性评定工作，则可根据评定报告继续使用。

a）硬度超标。

b）金相组织有明显的黑色网状奥氏体晶界。

c）25Cr2Mo1V和25Cr2MoV的U形缺口冲击功。

1）调速汽门螺栓和采用扭矩法装卸的螺栓，Ak≤47J；

2）采用加热伸长装卸或油压拉伸器装卸的螺栓，Ak≤24J。

4.3.2符合下列条件之一的螺栓应报废：

a）螺栓的蠕变变形量达到1%；

b）已发现裂纹的螺栓；

c）经二次恢复热处理后发生热脆性，达到更换螺栓的规定。

1）

d）外形严重损伤，不能修理复原；

e）螺栓中心孔局部烧伤熔化。

5 螺栓的紧固与拆卸

5.1-般要求

5.1.1在紧固和拆卸过程中，应注意尽量改善紧固接触面的润滑状态，防止使用过大的冲击力，以减少螺栓所承受的扭矩。

5.1.2对于M52及以上的螺栓、螺母、球面垫圈、特殊厚度的垫圈和螺栓孔应做好配对和编号，每次紧固时仍按原来的号码配对就位。

罩螺母拧到底后，螺母顶部应留有3㎜左右的空隙。

5.1.3新螺栓和螺母应事先使螺纹配合适当，并有一定的间隙。

使用过的螺栓和螺母再次安装前，应清洗螺纹。

螺纹处有毛刺、氧化皮破裂严重的应研磨螺纹，应用手能轻松拧进螺母。

5.1.4无论使用何种紧固方法和工具，应选择合理的松紧顺序，拧紧螺栓顺序以消除法兰结合面缝隙为原则，松螺栓顺序以防止法兰变形力集中到最后拆卸的一个螺栓位置为原则。

图1表示几种不同形状法兰面螺栓的松紧顺序。

5.1.5螺栓和螺母对号试拧。

螺母与法兰接触后，用塞尺检查螺母支承面和法兰的接触情况，全周用0.04㎜塞尺通不过时表示接触良好。

试拧合格的螺栓和螺母，可用优质黑铅粉反复摩擦螺纹部分，至螺纹牙表面发出乌黑光泽为止。

再用压缩空气吹去多余的黑铅粉。

5.1.6螺栓要先进行初紧，待整个结合面螺栓紧固后再进行第二次紧固。

5.1.7原则上贯穿式螺栓和螺柱，不应在同一法兰上相邻排列。

如果必须这样做，则应要求螺柱的应变和应力松驰特性近似等于贯穿式螺栓的应变和应力松驰特性。

5.1.8根据施工要领、特点、紧力偏差、被连接件的重要性和现场条件，应选用适宜的紧固方法。

一般来说，高压汽缸和调速汽门螺栓应采用紧力偏差较低的紧固方法。

1）新成品螺栓又经一次调质处理的按一次恢复热处理对待。

（b）（c）

（a）高压缸法兰；（b）双排汽低压缸法兰；（c）阀门法兰

圈1 几种不同形状法兰面螺栓的松紧顺序

5.2紧固

5.2.1扭矩法

5．2.1.1 扭矩法是利用转动螺母的扭矩和螺栓紧力之间的关系拧紧螺栓。

用公式

（1）算出达到预紧力Fo所需的扭矩Mt,即

Mt=KdFo

（1）

式中：

d——螺栓公称直径；

K——扭矩系数。

5、2.1.2施-工时把编号配对螺栓、螺母和垫圈按法兰上的编号就座，用加套筒扳手（或测力扳手，或风动扳手，或液压扳手）以约50%Mt初紧螺母，然后以100%Mt终紧螺母。

5.2．1.3紧固时应尽量采用风动和液压扳手。

5.2.2加热转角法

5.2.2.1 加热转角法是在螺栓的中电话孔加热螺栓螺杆，造成螺栓与法兰的温差，待螺栓长度热膨胀至规定值后拧进螺母，螺栓冷却收缩后将产生预紧力。

5.2.2.2根据式

（2）和式（3）算出达到预紧力Fo时所需的螺母转角φ或弧长S，即

（2）

（3）

式中：

——达到Fo时的螺杆伸长量；

t——螺距；

a——考虑紧固前后的法兰和结合面涂料的压缩系数，取1.3；

D——螺母外径；

Lo——紧固时参与螺栓延长的有效螺栓长度；

бO——预紧应力；

E——螺栓材料的弹性模量。

5.2.2.3先按冷紧方式初紧成组螺栓，使结合面贴合。

然后把加热器插入螺栓中心孔同，把螺栓加热至按公式（5）计算的to温度。

接着，用轻型扳手，按（S）值拧进螺母。

（50～100）℃ （5）

式中：

a1——螺栓线胀系数；

——长度系数；

—一法兰的厚度。

5.2.2.4加热螺栓中心孔时成均匀，不应产生局部超温。

其中心孔壁的温度不应超过该螺栓的最高使用温度（见表1）。

螺栓应加热螺杆，不应直接加热螺栓的螺纹和螺母部分。

螺栓的加热方法宜采用热空气加热应运和电气式加热法。

5.2.3伸长法

5.2.3.1 伸长法是拧紧螺母使螺栓长度伸长至规定值，从而获得预紧力。

5.2.3.2根据公式（4），算出螺栓达到预紧力Fo时的螺栓伸长量。

5.2.3.3测量每根螺栓的长度，并做好记录。

随后按号装入螺栓、垫圈和螺母，按顺序进行初拧，使法兰结合面贴合。

最后安装基准棒和千分表（或超声波测长仪），然后拧紧螺母，螺栓的伸长量到终拧即告结束。

5.2.3.4本方法适用于两端外露带中心孔的螺栓；不适用于带罩螺母的螺栓。

伸长螺栓的方法有：

冷紧、加热伸长或用油压拉伸器拉长螺栓。

5.3拆卸

5.3.1 不应在高温状态拆卸螺栓，对于汽缸螺栓应等调节级处壁温降到80℃以下，对于各种阀门和管道的法兰应等温度降到100℃以下才可拆卸。

5.3.2拆卸螺母通常用加热法，使螺栓伸长，紧力下降，以便转动螺母。

拆卸螺栓前，应向螺纹内注入润滑剂，用适当的力矩来回活动螺母，并可敲振，使螺母松动。

防止由于螺纹咬死而强行松螺母引起螺纹拉毛或扭断螺栓。

5.3.3当确实无法拆卸时，可用氧—乙炔切开螺母。

切割时应严防螺栓螺纹损坏或过热。

当拧入法兰体的螺栓断裂时，可用钻孔方法取出锈死螺杆，以保证法兰体内螺纹完整无损。

5.3．4当螺杆仍拧在下法兰体而进行起吊汽缸大盖或阀门盖时，应防止碰伤裸露在外的螺栓螺纹。

6技术档案管理

6.1 使用前的高温紧固件技术档案包括：

a）质量检验单；

b）光谱、探伤、硬度、金相检验资料；

c）各种法兰螺栓的强度计算、预紧力值、紧固工艺等资料；

d）螺栓的初始长度。

6.2运行中的技术档案包括：

a）蠕变测量资料；

b）各螺栓组的超参数运行时间、启停次数和累计运行时间；

c）每次大修时的探伤资料、硬度和金相组织检查资料；

d）每次大修时各种法兰螺栓的紧固、拆卸、加热资料；

e）运行8万h～10万h或蠕变量达0.7%的螺栓检验和解剖试验资料，对螺栓的安全性评定；

f）螺栓的检修、更换、报废、恢复热处理资料。

6.3螺栓失效分析资料包括：

a）断裂金相分析；

b）材质解剖试验；

c）工况、装配工艺、结构影响分析；

d）防止措施，执行情况和效果。

附录A

（资料性附录）

常用螺栓材料的化学成分、力学性能）

A.1螺栓材料的化学成分见表A.1。

表A.1 螺栓材料的化学成分

牌号

0.32～0.40

0.17～0.37

0.50～0.80

≤0.035

≤0.25

0.42～0.50

0.17～0.37

0.50～0.80

≤0.035

≤0.25

CrMo

0.17～0.24

0.17～0.37

0.40～0.70

≤0.035

≤0.30

0.80～1.10

0.15～0.25

CrMoA

0.32～0.40

0.17～0.37

0.40～0.70

≤0.025

≤0.30

0.80～1.10

0.15～0.25

≤0.25

CrMoA

0.38～0.45

0.17～0.37

0.50～0.80

≤0.025

≤0.30

0.90～1.20

0.15～0.25

≤0.25

Cr2

MoVA

0.22～0.29

0.17～0.37

0.40～0.70

≤0.025

≤0.30

1.50～1.80

0.25～0.35

0.15～0.35

≤0.25

25Cr

2Mo

1VA

0.22～0.29

0.17～0.37

0.50～0.80

≤0.025

≤0.30

2.10～2.50

0.90～1.10

0.30～0.50

≤0.25

20Cr

1Mo1V

0.18～0.25

0.17～0.37

0.30～0.60

≤0.025

≤0.40

1.00～1.30

0.90～1.10

0.70～1.10

≤0.25

20Cr

1Mo1V

NbTiB

0.17～0.23

0.40～0.60

0.40～0.65

≤0.025

≤0.30

0.90～1.30

0.75～1.00

0.50～0.70

0.01～0.22

0.05～0.14

≤0.25

0.00～0.005

20Cr1

Mo1V

TiB

0.17～0.23

0.40～0.60

≤0.025

≤0.30

0.90～1.30

0.75～1.00

0.45～0.65

0.01～0.28

≤0.25

0.00～0.005

2Cr1

2Ni

Mo1

W1V

（4-422）

0.20～0.25

≤0.50

0.50～1.00

≤0.025

0.50～1.00

11.0～12.50

0.90～1.25

0.20～0.30

≤0.25

R-26

≤0.08

≤1.50

≤1.00

≤0.030

35.0～39.0

16.0～20.0

2.50～3.50

Co18～22.00

Fe余量

2.50～3.00

≤0.25

0.001～0.01

GH4

145

≤0.08

≤0.35

≤0.015

≤0.010

≥70

14.0～17.0

Mg≤0.010

Zr≤0.050

Fe5

.09

Co≤1.00

2.25～2.75

≤0.50

≤0.01

A.2 常用螺栓材料的力学性能见表A.2

表A.2 常用螺栓材料的力学性能

牌号

室温力学性能（不低于）

HBW

高温强度

Rp0.2

MPa

试验温度ºC

σ10-5

MPa

σ105

MPa

265

510

146～196

400

118

353

637

187～229

400

186

20CrMo

490

637

197～241

470

137

255

20CrMo（>50㎜）

590

765

241～285

475

167

35CrMo（≤50㎜）

686

834

255～311

42CrMo（>65㎜）

660

790

248～311

42CrMo（≤65㎜）

720

860

255～321

25Cr2MoV

686

785

248～293

500

196

25Cr2Mo1V

685

785

248～293

550

139

20Cr1Mo1V1

637

735

248～293

20Cr1Mo1VNbTiB

735

834

252～302

550

182

210

20Cr1Mo1VTiB

686

785

255～293

570

172

C-422（20Cr12NiMoWV）

760

930

277～331

566

124

138

R-26（Ni-Cr-Co合金）

555

1000

262～331

GH4145

550

1000

262～331

570

456

566

附录B

（资料性附录）

常用螺栓材料的热处理工艺和应力松驰曲线

B.l螺栓材料的热处理工艺见表B.l。

表B.l 螺栓材料的热处理工艺

牌号

热处理工艺

840℃～860℃空冷

（1）840℃～860℃空冷，560℃～630℃空冷；

（2）840℃±10℃水冷，580℃～600℃空冷

20CrMo

880℃～900℃水或油冷，580℃～600℃回火

35CrMo

850℃～870℃油或水冷，540℃～620℃回火

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