1、 中华人民共和国电力行业标准 DL 43991 火力发电厂高温紧固件技术导则 中华人民共和国能源部1991-09-16批准 1992-05-01实施 1 总则 1.1 为保证火力发电厂高温紧固件的安全运行，把好紧固件制造、装拆和运行中的检验关，延长紧固件的使用寿命，特制订火力发电厂高温紧固件技术导则(以下简称导则)。 1.2 本导则适用于工作温度(指蒸汽温度)大于400的汽缸、汽门、各种阀门和蒸汽管道法兰的螺栓(包括单头螺纹螺栓、双头螺柱和等长双头螺柱)、螺母和垫圈。对于工作温度低于400的紧固件，也可参照有关章节的规定。 1.3 本导则适用于火力发电厂高温紧固件的设计、制造、安装、检修、运行
2、和试验研究部门。 1.4 本导则是根据有关国家标准、部颁标准、火力发电厂紧固件的特点和使用经验编写而成。在本导则过程中,积累经验,以便改和完善本导则的内容。 2 紧固件用材和结构 2.1用材原则 2.11 高温紧固件的作用是在法兰结合处产生一定的压紧力,使被联接件在设计的期限(2000030000 h)内保持密封，不发生泄漏和突然断裂。 2.1.2 对高温紧固件材料的性能要求： 2.1.2.1 较好的抗松弛性，使螺栓在较低的预紧应力下，经过一个设计运行时间后，其残余紧应力仍高于最小密封应力。 2.1.2.2 强度和塑性的良好配合，蠕变缺口敏感性小。如果片面追求高温持久强度而忽视持久塑性，则易在
3、螺纹根部应力集中处发生断裂。一般要求螺栓材料的800010000h以上光滑试样的持久塑性分别为：新材料大于5%；已运行材料不应低于3%。 2.1.2.3 组织稳定，热脆性倾向小。经长期运行后，螺栓材料的U形缺口冲击韧性ak按其用途和装卸方法应分别大于29.4J/cm2和大于58.8J/cm。 2.1.2.4 良好的抗氧化性能，防止长期运行后因螺纹氧化而发生螺栓和螺母咬死现象。 2.1.3 由于螺母的工作条件较螺栓好，另外为防止螺纹咬死和减少磨损，选材时螺栓和螺母应采用不同钢号。螺母材料比螺栓低一级，硬度低HB 2050。用于各工作温度等级的螺栓材料列于表1。表中螺栓材料用作螺母时，可比表列温度
4、高3050。 各种螺栓材料的化学成分、力学性能和热处理工艺见附录A。 2.1.4 原则上同一法兰的紧固件应采用相同的钢号和强度等级。如果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能引起的影响。 表1 各工作温度下选用的螺栓材料 最高使用温钢 号最高使用温钢 号度 度 400 400 480 480 510 55035(螺母用材) 45 20CrMo(螺母用材) 35CrMo 25Cr2MoV 25Cr2Mo1V550 570 570 570 677 20Cr1Mo1V1 20Cr1Mo1VNbTiB(推荐使用钢材) 20Cr1Mo1VTiB(推荐使用
5、钢材) C-422(20Cr12NiMoWV)(推荐使用钢材) R-26(Ni-Cr-Co合金) 2.1.5 各种高温螺栓钢需经过调质处理。奥氏体化后，油冷比空冷具有较好的综合性能，尤其是韧性高。回火温度应比螺栓的工作温度高120150以上，保温时间大于6h。 2.1.6 火力发电厂对成品螺栓的材料质量控制的主要指标是硬度，因为调质后硬度高的材料具有较高的强度和较低的韧性；而硬度低的材料则相反。为了防止单凭硬度判断材料的性能局限性，还应考虑晶粒大小及组织形态对材料性能的影响，见附录B。 2.1.7 低合金Cr-Mo-V螺栓钢具有热脆倾向，热处理工艺以采用较低的奥氏体化温度和较高的回火温度为宜。
6、组织为均匀回火索氏体，尽量减少呈方向性排列的贝氏体组织。 图1 螺纹载荷分布示意图 图2 螺栓上的应力集中位置 2.1.8 粗晶材料不适合制作高温螺栓。粗晶原材料不宜直接进行调质处理，应先作好调质前的组织准备，然后再经调质处理，可有效消除粗晶和使组织均匀化。 2.2 结构 2.2.1 紧固件的结构对运行安全性影响很大，不良的结构和加工质量是引起螺栓断裂的重要原因之一。 2.2.2 结构因素对安全性的影响是通过载荷分布不均匀表现出来的。紧固件结构引起载荷分布不均匀包括三个方面： 2.2.2.1 由于螺栓和螺母的变形不同，螺栓的承载旋合螺纹上的载荷分布是很不均匀的。在弹性范围内，靠近螺母支承面的第
7、一圈螺纹的载荷最大，而其余旋合螺纹的分担载荷按序减少(图1)。为了改善各圈螺纹载荷的不均匀性，可采用锥形螺纹或内斜螺母。 2.2.2.2 螺栓上存在三个应力集中的部位：与螺母啮合的第一个螺纹牙底、退刀槽、螺栓头与螺杆之间的截面突变处(图2)。为了减轻这三个部位的应力集中，在结构上应做到： a.螺纹牙底应呈圆弧状，牙底的圆弧半径不应小于0.1螺距。不应采用三角形尖牙底或平牙底。 b.螺纹和螺杆之间的退刀槽应圆滑过渡。圆弧半径R0.3螺栓直径。 c.螺栓头和螺杆之间应有过渡圆角。 2.2.2.3 螺栓受偏心载荷时，会在螺栓上产生附加弯曲应力。它对螺栓强度影响极大，是造成螺栓早期失效的重要因素。产生
8、附加弯曲应力的原因有：螺杆与法兰平面不垂直；螺母支承面与法兰面不平行；垫圈厚度不均；紧固工艺不当，如使用大锤冲击等螺母发生位移。 2.2.3 螺栓结构分两种(图3)： 2.2.3.1 刚性(直筒)螺栓螺杆部直径等于螺纹外径。在拧紧状态，螺栓的伸长变形主要集中在螺纹牙底，允许的变形量小，螺纹处的应力集中现象更为明显。增加刚性螺栓的自由螺纹扣数，则变形能力升高(图4)。因此，采用刚性螺栓时，应有一定长度的自由螺纹。无论在装拆过程或运行中，刚性螺栓易发生断裂。因此，火力发电厂高温紧固件应避免采用刚性结构。 2.2.3.2 柔性(细腰)螺栓螺杆部直径小于螺纹内径。在拧紧状态，螺栓的伸长变形主要集中在螺
9、杆部，允许的变形量明显升高(图4)，可有效地改善螺栓的受力状态。火力发电厂高温紧固件应采用这种结构。与刚性螺栓相反，柔性螺栓旋入端的螺纹应全部拧入法兰内，使其低于法兰平面0.51mm，可减小螺纹部分的附加弯曲应力。 图 3 刚性 (a)和柔性(b)螺栓结构 图 4 刚性和柔性螺栓的 拉伸形变曲线 A柔性螺栓；B刚性螺栓，一扣自由 螺纹；C刚性螺栓，九扣自由螺纹 2.2.4 为了增加法兰接头的弹性，螺杆的长度应大于螺纹公称直径的4倍。 2.2.5 紧固件中使用垫圈的目的： 2.2.5.1 保护被联接件表面不受擦伤，以便多次装拆。 2.2.5.2 减小拧紧时的摩擦力，降低扭应力。通常用的紧固件垫圈
10、为平面圆垫圈。此外，为了达到某些特殊的需要，可采用不同的垫圈。 a.弹性垫圈：防止螺母松动，增大螺栓的柔度，提高紧固件抗冲击和变载的能力。扁碗状弹性垫圈对克服由于微凸下沉引起的紧力下降现象有明显的作用。 b.塑性垫圈：可作为紧力水平控制，保证紧力均匀和减小螺栓的弯曲应力。 c.球面垫圈：可有效地消除螺栓的附加弯曲应力，但会产生附加的松弛。 d.套筒垫圈：增长螺栓的长度，以增加柔度，可降低螺纹前几圈的应力和提高紧固件抗动载荷的能力。 2.2.6 紧固件螺纹分粗牙和细牙两种。相对比较细牙螺纹的优点：自锁能力较大、拧紧时扭应力小和拧紧螺母时转动角大易控制。它的缺点是：当螺母和螺栓螺纹的间隙小而且材料
11、氧化严重时，容易发生螺纹咬死现象；当牙底采用圆弧时，细牙的圆弧半径较小。火力发电厂高温紧固件以采用细牙螺纹为宜，螺距通常为34mm，螺纹公差按IT11等级制造。 2.2.7 为了改善第一扣螺纹的高应力状态，可把螺栓和螺母螺纹加工成轻微的锥度(38)。 2.2.8 阀门门盖法兰和管道法兰多采用齿形垫或斜平形垫。尤其是齿形垫，在不大的预紧力下垫片齿就达到塑性变形，可提高法兰结合面的密封性。垫片用钢材的硬度应比法兰的低。根据工作温度高低，垫片材料可分别采用10、20、1Cr13、12CrMo、15CrMo、1Cr18Ni9Ti。经常拆卸的垫片可用低碳钢，而长期不拆卸的垫片用不锈钢较好。 2.2.9
12、火力发电厂高温紧固件尽可能采用罩螺母，以保护螺纹避免咬扣。 3 紧固件使用前的检验 3.1 由于高温紧固件的重要性及制造方式为小批量或单件生产，因此无论是专业厂制造或是电厂配制的高温紧固件，使用前均需逐根检验。 3.2 验收时，应先检查包装质量，产品标准规定的标记、数量和产品质量检验单(包括化学成分、低倍和高倍组织结构、机械性能)。机组移交生产时，安装单位应将以上资料移交给发电厂。 3.3 螺栓、螺母和垫圈的尺寸、公差和表面粗糙度检验按下列标准： GB 9085 紧固件验收检查、标志与包装； GB 19681 普通螺纹基本尺寸； GB 19781 普通螺纹公差与配合； GB 3876 螺栓技术
13、条件； GB 6176 螺母技术条件； GB 9876 垫圈技术条件； GB 379 螺纹收尾、肩距、退刀槽、倒角； GB 276 螺栓、螺钉及双头螺柱末端尺寸； JB 295181 汽轮机双头螺柱型式和尺寸； JB 295281 汽轮机等长双头螺柱型式和尺寸； JB 295381 汽轮机罩式螺母型式和尺寸； JB 295481 汽轮机双头螺柱、汽轮机等长双头螺柱、汽轮机罩螺母技术条件。 3.4 为了减小应力集中及附加弯曲应力，在尺寸检验中应着重注意以下几个方面： 3.4.1 第2.2.2条的三个应力集中部位的尺寸和表面粗糙度。 3.4.2 应保证螺栓和螺母螺纹之间有一定的间隙。螺栓螺纹采用负
14、偏差，其外径和中径偏差按表2规定。 表 2 螺栓螺纹的偏差值m螺纹直径 螺 纹 中 径螺 纹 外 径螺纹直径上偏差(-)下偏差(-)上偏差(-)下偏差(-)M20 M24，M27 M30 M363，M423 M483，M523 M564M904 M1004M1804170 200 212 200 212 236 250335 400 425 400 425 475 500335 375 425 375 375 475 475530 600 670 600 600 750 750表 3 母线的直线度允差 螺 纹 直 径在100mm范围内母线的直线度M523 M5640.03 0.023.4.3
15、螺柱的外螺纹轴线对光杆轴线的同轴度允差应在螺纹外径公差范围内，母线的直线度允差不得超过表3规定。 3.4.4 螺栓加热孔的接刀错位值不得超过1mm。加热孔和螺栓螺纹的同轴度不得超过R0.1mm。 3.4.5 螺栓头和螺杆轴心线的夹角应小于1。 3.4.6 螺母支承面和螺纹轴线的垂直度应不超过表4的规定。 表 4 螺母支承面和螺纹轴线的垂直度 螺纹直径M30M363M523M564M684M724M1004M1104M1604允 差 mm0.030.050.080.100.153.5 螺栓螺纹、螺杆和螺母支承面的表面粗糙度不低于Ra1.6，内螺纹表面粗糙度不低于Ra3.2。 3.6 螺纹表面应光
16、洁、平滑，不应有凹痕、裂口、锈蚀毛刺和其他会引起应力集中的缺陷。 3.7 对大于和等于M32的螺栓均需进行100%超声波探伤(必要时可用磁粉、着色和其他方法检查)，不得有裂纹和影响强度的缺陷存在，有裂纹的螺栓应报废。 3.8 新螺栓和螺母均先调质处理，后加工成成品。若成品后再经热处理的螺栓和螺母则可拒收，或作已恢复性热处理螺栓处置。 3.9 为了防止错用钢材，100%的螺栓需进行光谱检验。分析结果应与材料牌号相符合。 3.10 螺栓材料的理化检验按JB328883汽轮机主要零部件理化检验或制造厂标准执行。对螺栓材料的一些特殊要求，电厂应事先在协议书中提出。 3.11 M32以上螺栓应100%进
17、行硬度检验。检查部位为螺栓端面或光杆处。螺栓硬度要求列于附录A的表A2。例如，对25Cr2Mo1V钢螺栓要求硬度为HB241277。 3.12 按GB 197980结构钢低倍组织缺陷评级图螺栓钢的低倍组织要求为：中心疏松小于或等于2级，一般疏松小于或等于2级，偏析小于或等于2级，气孔小于或等于2级。若发现有白点，则螺栓报废。非金属夹杂物的氧化物小于或等于3级，硫化物小于或等于3级。要求非金属夹杂物的总和：碳素钢小于或等于5.5级；合金钢小于或等于5级。 制造厂提供的材料质量检查单上应有低倍组织检验的合格证明。 3.13 对大于M32的新螺栓需进行微观组织检验，检查部位可在螺栓端面或光杆处。检查
18、的数量由电厂和安装单位协商决定，它主要决定于对制造厂产品的信任程度、电厂使用该螺栓钢的经验和掌握螺栓在运行中组织性能变化的规律和要求。螺栓材料的组织：均匀回火索氏体为正常组织；带状组织、夹杂物严重超标、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。 3.14 经第3.6条至第3.13条的材质检验可把螺栓分为四类： 3.14.1 正常螺栓。 3.14.2 有疑点的螺栓：硬度高于要求的上限值而不超过10%。组织为方向性排列的粗大贝氏体组织，可作为重点监督运行，也可作螺栓解剖试验，核实材料的机械性能，做到心中有数，以利高温螺栓的技术监督。 3.14.3 需重新热处理的螺栓：硬度
19、高于或低于要求的上限或下限值的10%；具有粗大原奥氏体黑色网状晶界的螺栓。凡进行重新热处理的螺栓均按已恢复性热处理螺栓的等级使用。 3.14.4 超过标准需报废的螺栓。 3.15 对20Cr1Mo1VNbTiB钢螺栓，组织性能符合如下规定： 3.15.1 硬度：HB 241285。 3.15.2 U形缺口冲击韧性：小于M52的螺栓，ak78.4J/cm2；等于或大于M52的螺栓，ak58.8J/cm2。 3.15.3 对刚性螺栓，其U形缺口冲击韧性应比柔性螺栓高19.6J/cm2。 3.15.4 按晶粒形态和尺寸把组织分为7级(附录B的表B1)，根据螺栓的结构和使用条件，允许使用的级别列于表5
20、。 表 5 20Cr1Mo1VNbTiB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别1原设计螺栓材料为 20Cr1Mo1VNbTiB钢柔性螺栓5 2引进大机组代用 20Cr1Mo1VNbTiB钢柔性螺栓5 柔性螺栓3，4，5，6，73原设计为540等级的螺栓，如果用该钢种1)刚性螺栓4，5注：1)原文为“如果用该钢种，则”，汇编时经审查同意修改为“如果用该钢种”。 3.16 所有高温螺栓、螺母均须在外露端打出材料标记，以便辨认。 3.17 新螺栓使用前应分别在螺杆两侧的两端打上冲眼，测量冲眼之间的距离。把这距离作为螺栓蠕变测量的初始长度。测量工具为专用卡尺。测量方法可参阅主蒸
21、汽管蠕胀测量方法。 4 紧固件的联接特性 4.1 通则 4.1.1 火力发电厂高温紧固件的联接属于受拉联接，螺杆不承受剪切和挤压。它的特点是给螺栓以强大的预拉力，使杆件之间的法兰产生相应的压力，由此传递外力。它的优点是应力传递较均匀，连接处刚性好和抗外载变化的能力较强。 4.1.2 高温紧固件的联接质量对螺栓的使用寿命和损坏影响极大。 4.1.3 高温紧固件使用之前，应具备螺栓紧力、密封紧力、温度附加应力、设计状态的应力松驰和螺栓强度校核说明书。这些说明书通常由制造厂提供。如果电厂改用其他螺栓材料，则也应做好这工作。 4.2 紧力 4.2.1 选用螺栓预紧力大小的基本原则是：在保证设计期限内不
22、泄漏的前提下，选用最低的预紧力。预紧力过小，不到设计运行期限法兰结合面就会发生泄漏；预紧力过大，螺栓的高温损伤速度加快，易造成螺栓断裂事故。 4.2.2 影响预紧力大小的因素主要有螺栓的材料强度、因松驰引起的紧力降低值和拧紧螺栓时紧力的偏差。 4.2.3 由于法兰和螺栓热传导条件不同，在启动和稳定运行期间，螺栓和法兰之间存在温差。在稳定工况，温差较小，一般为1520；启动时温差最大，一般不允许超过20；设计时温差选用60来计算螺栓的温度附加应力。对于大机组，壁厚的汽缸应采用启动前预热、控制升温速度、严防热态汽缸进水。 4.2.4 螺栓的设计最大应力max预紧应力0稳定工况下的温度附加应力+60
23、温差的附加应力。为了保证螺栓的安全运行，螺栓强度校核的准则是 max(1) 许用应力等于0.50.6高温屈服极限或0.8蠕变极限或0.60.7持久强度极限。 4.2.5 不同的紧力控制方法所产生的紧力偏差相差较大(见5章)。当采用偏差大的紧力控制方法时，要求选择较大的预紧力。否则不能保证法兰的严密性，由此必然引起部分螺栓使用寿命的降低。 4.2.6 紧固件的受力和变形示意图如图5所示。在工作载荷F低于螺栓的紧力条件下，螺栓和被联接件的绝对变形量之和是不变的。螺栓受的紧力为F0时，伸长为LB；而法兰受F0压力时的压缩为LF。在工作载荷F的作用下，螺栓伸长量增加LB而法兰压缩量减少亦为LB。此时的
24、法兰的压力降到F0(相当于螺栓的残余紧力下降)。螺栓的总拉力为F= F0+ F，而不是F0+F。由于工作载荷主要靠抵消法兰间压力的形式来传递，螺杆力的变化幅度FaFCFCCaBBF=+2( )(2) 式中： CB，CF螺栓和法兰的刚度。 图5 紧固件受力和变形分析示意图 由于法兰的刚度大于螺栓的刚度，所以Fa大大低于F(图5)。因此，提高螺栓抗动载能力的措施是减小螺栓的刚性或增大法兰的刚性。 4.2.7 由于受拉联接的接头具有传力均匀和刚性大的特点，所以在同一法兰上的螺栓，当外载小于紧力时，它们承受的应力幅是相同的。这导致在同一法兰上，紧力大的螺栓发生较早损坏的不利现象。 4.3 松弛 4.3
25、.1 高温紧固件的紧力随着时间的增长而逐渐下降的现象称为松弛，松弛分为两种： 4.3.1.1 短期松弛：紧固件各零件接触表面虽经精加工或磨光，但表面仍呈微观的凹凸状态，预紧后几分钟至几天内，这些微凸体因发生塑性变形下陷而使紧力下降。零件表面越粗糙，螺栓和螺母螺纹配合越差，则短期松弛明显。一般认为，短期松弛可使预紧力下降约10%。螺栓的紧固方法对短期松弛影响很大，用张拉法(油压拉伸器)紧固时，短期松弛引起的紧力下降达5%；用转角法紧固时，下降量为5%。确定预紧力和紧固工艺时，应考虑短期松弛的影响。 4.3.1.2 长期松弛：高温紧固件在设计运行期间内发生的紧力下降。它可分为由振动引起的松弛和由材
26、料蠕变引起的应力松弛。 4.3.2 在应力松弛过程中，高温联接部件的弹性变形逐渐转变为塑性变形，发生蠕变现象。其中有螺杆的伸长蠕变、螺纹的弯曲下沉蠕变、法兰和垫圈的压缩蠕变。一般认为伸长蠕变是主要的。联接部件的间隙变小和结合面涂料的减薄也会造成紧力的降低。 4.3.3 螺栓的预紧力应大于设计期限内螺栓材料的应力松弛量和密封应力之和。因此，材料的抗松弛性能越高，选用的预紧力就越低；或在相同预紧力条件下，抗松弛性能高的材料，可经受更长时间的运行而不发生泄漏。但在实际使用上，不能过分追求高抗松弛性能，否则易发生突然脆断事故。当螺栓预紧力偏差较大或应力集中明显时，抗松弛性差的螺栓反而有利于紧力趋向均匀
27、和减缓缺口处的应力集中。 4.3.4 碳素钢螺栓的工作温度超过350和低合金钢螺栓工作温度超过400时，必须考虑螺栓的应力松弛。 火力发电厂几种常用螺栓钢的应力松弛曲线列于附录A的图A1。 4.3.5 紧固件的拆装次数会影响螺栓的抗松弛性能和使用寿命。重复拧紧会提高抗松弛性能，但同时消耗螺栓的寿命。当多次重复预紧螺栓后，发生应力松弛加快或预紧力加不到原定值时，表明螺栓的应力松弛进入第三阶段。 4.3.6 当机组的大修间隔时间延长或螺栓材料的抗松弛性能较低时，不宜使用提高预紧力的方法。因为提高预紧力不能相应地提高经长期运行后螺栓的残余紧力，反而使螺栓的寿命下降。建议仍用原定的预紧力，在中小修时采
28、用中间再紧螺栓的方法，可使保持气密的时间延长一倍。 5 螺栓的装拆 5.1 通则 5.1.1 螺栓的装拆工艺对法兰联接的安全运行影响极大，是保证法兰结合面的气密和延长螺栓使用寿命的关键环节。高温螺栓的装拆人员应经过技术培训。 5.1.2 高温螺栓装拆工艺考虑的基本出发点是：保证达到预定的紧力、紧力均匀而且偏差小、法兰结合面不变形和在装拆过程中不损坏螺栓。 图 6 螺栓受直接拉伸和扭转拉伸时的拉伸曲线 A直接拉伸；B扭转拉伸，好的润滑 状态；C扭转拉伸，差的润滑状态 图 7 几种不同形状法兰面螺栓的松紧顺序 (a)高压缸法兰；(b)双排汽低压 缸法兰；(c)阀门圆法兰 5.1.3 在装拆过程中，
29、应尽量改善紧固件各接触面的润滑状态，防止使用过大的冲击力，以减小螺栓所承受的扭矩。过大的扭矩会使螺栓在较小拉应力下断裂，而且断裂时伸长明显减小(图6)。 5.1.4 对于M52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座。罩螺母拧到底后，螺母顶部应留有3mm的空隙。 5.1.5 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，以达到用手能轻松自如地拧进螺母。 5.1.6 不管使用何种紧固方法和工具，均必须选择合理的松紧顺序。拧紧螺栓顺序以消除法兰结合面缝
30、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7表明几种不同形状法兰面螺栓的松紧顺序。松紧顺序是一致的。 5.1.7 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0.04mm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。 5.1.8 为了消除结合面缝隙要先进行初紧。另外先紧的螺栓紧力在相邻螺栓紧固后将会降低，因此无论采用何种紧固方法和工具，均需分两次拧紧。 5.1.9 原则上贯穿式螺栓和螺柱不可在同一法兰上相邻排列。如果必须这样做，则必
31、须要求螺柱的应变和应力松弛特性近似等于贯穿式螺栓的应变和应力松弛特 性。 5.1.10 可供选择的紧固方法有扭矩法、转角(弧长)法、加热转角法、张拉法和伸长法。应根据施工要领、优缺点、紧力偏差、被联接件的重要性和现场条件选用合理的紧固方法。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。 5.2 扭矩法 5.2.1 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。公式Mt=KdF0算出达到预紧力F0所需的扭矩Mt。式中：d为螺栓公称直径；K为扭矩 系数。 5.2.2 施工要领：把编号配对螺栓、螺母和垫圈按法兰上的号码就座，用加套筒扳手(或测力扳手，或风动扳手，或液压扳手)
32、以约50%Mt初紧螺母，然后以100%Mt终紧螺母。 5.2.3 扭矩系数K对紧固质量影响极大。K值不是定值，影响因素有：螺纹和支承面的粗糙度、润滑剂、使用后的氧化皮和紧固时的温度。紧固前需认真清理螺纹和支承面。 5.2.4 本方法所用的工具简单。用人力紧固时，劳动强度大，扭矩偏差大，应尽量采用风动和液压扳手。 5.2.5 被拧紧的螺栓存在较大的扭应力，约10%Mt用于产生螺栓的轴向拉力，40%Mt克服螺纹摩擦力，50%Mt克服支承面摩擦力。在拧紧过程中，为了降低摩擦力可采用柔性的冲击力。过大过猛的冲击力易拧断螺栓，不宜用大锤打击。本方法不能采用加热螺栓的措施。 5.2.6 本法用于M52以下
33、螺栓的冷紧。无润滑剂和工具不良时，螺栓紧力偏差为30%；用润滑剂和工具良好时，螺栓紧力偏差为20%。 5.3 转角(弧长)法 5.3.1 转角(弧长)法是利用正向转动螺母时，螺栓被拉长而得到紧力。 螺母转动的程度用转角或弧长表示。达到预紧力F0所需的螺母转角 =Lta0360o(3) 或转过的弧长 sLtaD=0(4) 式中：L0达到F0时的螺杆伸长量，计算方法见第5.6.2条； 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螺帽外径。 5.3.2 先按紧固顺序预紧成组螺栓，使结合面贴合。然后在螺母和法兰上作好转角(弧长)位置的标记。接着进行终紧，转动螺母至(s)位置。使
34、用的工具为人工或机械化扳手，或油压拉伸器。 5.3.3 转角(弧长)法不直接受扭矩系数影响。转角(弧长)比扭矩容易控制，转角(弧长)的本身偏差小。拧紧工具简单，检查方便，只要检查标在法兰和螺母上的标记即可。 5.3.4 螺栓组的初紧(也就是终紧的起点)准确和均匀性对螺栓的终紧的质量影响最大。要注意初紧的紧力和方法。 5.3.5 本方法结合加热法或张拉法，可使紧固质量提高和应用范围扩大。 5.3.6 拧紧工具和扭矩法相同时，螺栓上也存在较大的扭应力。当初拧水平达到扭矩法的要求时，本方法的紧力偏差为20%。 5.4 加热转角法 5.4.1 原则：在螺栓的中心孔加热螺栓螺杆，造成螺栓与法兰的温差，
35、待螺栓长度热胀至规定值后拧进螺母，螺栓冷却收缩后就产生预紧力。 5.4.2 根据第5.3.1条的公式算出达到预紧力F0时所需的螺母转角或弧长s。 5.4.3 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，把螺栓加热至t0温度。 tLn00150 100=+( ) Co(5) 式中： 1螺栓线胀系数； n长度系数； 法兰的厚度。 接着，用轻型扳手，按(s)值拧进螺母。 5.4.4 本方法的优点是以小的扭矩就把螺母拧到预定的位置，解决了大螺栓紧固问题，尤其是汽缸大螺栓。紧固后，螺栓的扭应力很小，可忽略不计。 5.4.5 螺栓中心孔加热的要求是加热均匀和不产生局部超温。加热时，
36、中心孔壁材料的温度不应超过该螺栓的最高使用温度(表1)。螺栓的加热方法有三种： 5.4.5.1 氧乙炔火把：优点是使用方便和加热时间短，缺点是火焰温度高，而且集中，容易造成加热孔壁局部金属过热，产生较大的应力，长期使用会降低螺栓的使用寿命，加热孔壁容易产生裂纹。应限制这种加热方法的使用，尤其应严禁直接把火把插入孔内，静止不动地加热。 5.4.5.2 热空气加热器：优点是加热均匀，但加热时间长，结构笨重，使用不便。 5.4.5.3 电气式加热器：其中以双螺纹硅碳管电加热器较好。它具有功率大加热时间短、高温下不变形、激冷激热性能好、使用寿命长的特点，可推广使用。它的缺点是硅碳管质地硬而脆，使用时应
37、防止碰撞。 5.4.6 螺栓的加热位置是螺杆，避免直接加热螺栓的螺纹和螺母部分。当螺栓的伸长量未达到规定值时，不允许用过大的扭矩硬把螺母拧到标定的位置，以防螺纹拉出毛刺和咬死。 5.4.7 本方法与转角法相似，初紧的准确和均匀性对终紧的质量影响最大。本方法的紧力偏差为20%。 5.5 张拉法 5.5.1 原理：用可控油压拉伸器从端部张拉螺栓，拧进螺母，卸去油压后螺栓就获得预紧力。 5.5.2 施工要领，根据F0=APt计算出油压Pt。式中A为拉伸器活塞面积。成组螺栓初紧后，把油压拉伸器安装在螺栓的外露端，拉伸器的螺母拧进螺栓的外露端。然后使油压升至Pt或稍大于它，接着再把螺母拧进去。按紧固顺序
38、把每个螺栓紧一遍，最后对开始几个先拉伸紧固的螺栓再按上述方法紧一遍。 5.5.3 本方法的优点是几乎在没有摩擦力状态下拧紧的，劳动强度小，工效高，基本不存在扭应力，螺纹不易损伤。缺点是油压拉伸器零件多，拆装较麻烦，对不同规格的螺栓需要不同的配件。 5.5.4 本方法适用于小规格的螺栓。对使用罩螺母的螺栓及螺栓外露端的螺纹长度小于拉伸器螺母高度的螺栓均不能使用。 5.5.5 本方法的紧固质量与初拧关系不大。油压拉伸器产生拉伸力准确，主要偏差产生于张拉后螺母的拧紧上。由于拉伸器支撑套上预留的孔小，造成螺母拧紧困难。因此，螺母、垫圈及法兰表面的平整度和螺纹偏差对实际的预紧力影响很大。当螺栓张拉后，螺
39、母转动不控制扭矩时，本方法的精确度为25%；而使用相对大的可控扭矩转动的螺母时，紧力偏差为15%。 5.6 伸长法 5.6.1 原理：拧紧螺母使螺栓长度伸长至规定值，从而获得预紧力。 5.6.2 施工要领，根据公式(6)算出螺栓达到预紧力F0时的螺栓伸长量L0。 LLE000=(6) 式中： L0紧固时参与螺栓延长的有效螺栓长度； 0预紧应力； E螺栓材料的弹性模量。 首先，精确地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。接着安装基准棒和千分表(或超声波测长仪)。然后拧紧螺母，螺栓的伸长量至L0终拧即告结束。 5.6.3 本方法适用于两端外
40、露的螺栓和一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。 5.6.4 本方法的紧固质量与扭矩系数K、螺母、垫圈和法兰的间隙及涂料厚度没有直接的影响，与初拧力的大小关系不大，而决定于螺栓测量长度的准确性，用基准棒加测微计时，紧力偏差为10%；用超声波测长仪时，紧力偏差为1%10%。伸长法是所有紧力控制方法中紧力偏差最低的一种方法。 5.7 拆卸 5.7.1 应避免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以下才可拆卸；对于各种阀门和管道法兰应等温度降到100以下才可拆卸。 5.7.2 拆卸螺母通常用加热法，使螺栓伸长，紧力下
41、降，以便转动螺母。拆卸螺母前，应向螺纹内注入润滑油，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。 5.7.3 当确实无法拆卸时，可用氧乙炔火把切开螺母。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，可用钻孔和割把方法取出锈死螺杆，以保证法兰体内螺纹完整无损。 5.7.4 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柱螺纹。 6 螺栓的失效和防止措施 6.1 通则 6.1.1 高温紧固件在运行中遭受到温度、应力和环境介质的联合作用，会逐渐老化有多种失效形式产生。做好高温紧固件的失效分析，防止类似事故发
42、生是高温紧固件金属技术监督的最主要内容和最终目的。 6.1.2 在螺纹螺栓联接的部件中，最薄弱的环节是螺栓。它的损坏，尤其是断裂引起的破坏性最大；而螺母、垫圈所处的工作状态较好，损坏较小。因此，导则仅介绍螺栓的失效和防止措施。 6.1.3 螺栓损坏后均应进行原因分析，并对同组的其他螺栓进行检验，必要时应进行解剖试验。失效分析的内容和步骤按热工技术手册第6卷第11章第一节失效分析的意义和内容进行。 6.1.4 按螺栓失效的机理来分，火力发电厂高温螺栓的失效类型有：螺纹咬死、结合面泄漏、螺栓材料的热脆、蠕变、疲劳、中心孔烧伤和应力腐蚀。 6.1.5 高温螺栓的最终断裂多数发生在装拆过程中。装拆时的
43、冲击力往往使带小裂纹的螺栓或没有旧裂纹的脆性螺栓发生破断。这时，分析者的注意力应放在断裂源处，以便把真正原因找出来，而装卸时的冲击力仅促成最终断裂。 6.1.6 在螺栓失效分析中，断口是供原因分析的最主要实物，应妥善保管。不使断口受到热、化学和机械的损伤。图8是几种高温螺栓的典型断口，断口分析参阅热工技术手册第6卷第11章第二、三节。 图 8 高温螺栓的典型断口 (a) 运行中产生裂纹，拆装时脆断，ak=24.5J/cm；(b)长期运行后， 因材质脆化而断裂ak16.1J/cm； (c) 因动载和应力集中而疲劳断裂； (d)因中心孔加热严重过热而断裂 6.2 螺纹咬死 6.2.1 现象：螺栓和
44、螺母螺纹之间被卡住，用通常的松紧方法不能转动螺母，如用过大的扭矩硬扳就会造成螺纹拉毛，甚至螺栓断裂。螺纹咬死是高温螺栓失效的最普遍现象。 6.2.2 螺栓和螺母在高温下长期运行，在螺纹挤压表面形成坚硬的氧化皮。松螺母时，氧化皮被挤破，造成螺纹拉毛而卡涩。当氧化皮填满螺纹间隙时，就会咬死。防止措施： 6.2.2.1 紧固螺栓时，采用润滑剂： a.含铜石墨润滑剂(10%25%铜粉，20%15%薄片石墨，70%60%甘油)； b.二硫化钼润滑剂(46%甘油，54%二硫化钼)，该润滑剂不宜用于含镍的合金或钢制螺栓。 6.2.2.2 选用抗氧化能力较强的材料，如强化的12%铬型钢。螺母和螺栓选用不同材料
45、和强度(第2.1.3节)。 6.2.3 螺纹加工质量差、表面粗糙和螺纹间隙过小是螺纹咬死的常见原因，防止措施是将螺纹研磨抛光、增大螺纹螺距和增大中径间隙。 6.2.4 检修工艺不当(螺纹有毛刺、破裂的氧化皮未去除、螺纹处进入硬的杂质或堆积的黑铅粉过多)会引起卡涩。如强行拧紧螺母，经长期运行后则会发生螺纹咬死。因此，检修中应对已用过的螺栓和螺母螺纹进行清理或研磨，螺纹处黑铅粉或二硫化钼粉沫不宜涂得过厚，应用压缩空气吹去多余的粉沫。 6.2.5 采用加热法紧固时，由于螺纹部分温度过高而螺纹胀住，螺纹咬死。防止措施：采用功率大的加热器，加热限于螺杆处，缩短加热时间。 6.2.6 当螺纹咬死后不许强行
46、松螺母，应采用第5.7.2条和第5.7.3条的方法处置。 6.3 结合面泄漏 6.3.1 运行中或启动时，法兰结合面出现缝隙，高温高压蒸汽逸出，严重时还会伴随振动和螺栓断裂。 6.3.2 因预紧力不足或短期松弛严重，检修后重新启动时即会发生泄漏。预防方法见第4章和第5章。 6.3.3 螺栓组中各个螺栓之间，紧力严重不均匀，高紧力结合面处的涂料或密封垫片压紧而低紧力处出现缝隙而泄漏。按第5.2条降低紧力偏差。 6.3.4 由于初紧工艺不当或紧固螺栓的顺序不合理，法兰间隙集中于某处而不能保持气密性。按第5.1.6条和第5.1.8条进行紧固。 6.3.5 法兰面挠曲不平整，法兰表面存在发射状的沟槽，
47、是造成泄漏的重要原因。防止措施：修理法兰面，或对结合面进行刷镀处理，或更换法兰。 6.3.6 温度突然变化或大幅度波动，垫片和法兰产生过大的变形；缸体进水，造成巨大的温差应力也可能引起法兰面变形而泄漏。防止措施是稳定运行工况，暖机启动。 图 9 25Cr2Mo1V钢螺栓的脆性转变温度与运行时间的关系 6.3.7 材料的抗松弛性能低，不能满足设计运行期限密封要求，或螺栓经长期使用应力松弛进入第三阶段或弹性极限降至密封应力以下也是法兰面泄漏的重要原因。按第2.1条选择高一级的材料，按第7.8条进行试验分析。 6.4 热脆性 6.4.1 高温螺栓经高温长期运行，材料的常温(200以下)冲击韧性和塑性
48、下降的现象称为热脆性。在工作温度，冲击韧性仍保持较高水平。热脆性主要发生在低合金CrMoV钢(图9)。 6.4.2 低合金CrMoV钢的热脆性的金相组织特征：材料的原奥氏体晶界呈现黑色的网状，黑色晶界越严重则脆性越明显(图10)；热脆性螺栓的裂纹走向往往是沿晶的。用硝酸和苦味酸酒精溶液能较好地显示热脆性螺栓的组织。 图 10 25Cr2Mo1V钢螺栓的脆性组织 图 11 CrMoV螺栓钢经不同温度热处理后光滑 和缺口试样的持久强度和持久塑性 6.4.3 低合金CrMoV螺栓钢的热脆性的本质是回火脆性。在长期高温运行过程中，铁素体中磷等杂质逐渐向原奥氏体晶界偏聚，同时伴随着富钼的M6C碳化物在原
49、奥氏体晶界形成。这两个过程可能相互起促进作用。 6.4.4 低合金CrMoV钢的热脆性的程度与原始组织类型有关。 6.4.4.1 具有位向排列的回火贝氏体组织，热脆性明显。晶粒越粗和硬度越高，则热脆倾向越明显。 6.4.4.2 珠光体+铁素体组织基本没有热脆倾向，组织稳定。因此，采用较低的奥氏体化温度对降低低合金CrMoV钢的热脆敏感性是有效的(图11)。 6.4.5 可用重新热处理的方法恢复已经热脆的螺栓韧性(图12)。对25Cr2Mo1V钢脆性螺栓，推荐以下的恢复性热处理工艺：950980空冷，680、6h回火。 进行恢复性热处理应注意： 图 12 重新热处理对脆化螺栓的V形缺口对Ak-t曲线的影响 A原始状态；B运行57 600h； C680，10h重新回火处理； D重新奥氏体化 6.4.5.1 热处理过程应采取防氧化脱碳和变形措施。建议采用保护性涂
