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高强度螺栓钢延迟断裂分析西宁特钢技术资料高强度螺栓钢延迟断裂分析一、高强度螺栓在实际运行中的受力情况及其性能要求螺栓在各种机构中起着连接、紧固、定位、密封等作用。
螺栓在安装时需要预先拧紧，因此都需要承受静拉伸载荷。
预紧力越大，连接强度和紧固、密封性就越大。
除受到轴向预紧拉伸载荷的作用外，通常还会在工作过程中受到附加的轴向拉伸(交变)载荷、横向剪切(交变)载荷或由此复合而成的弯曲载荷的作用，有时还受到冲击载荷的作用。
通常情况下，附加的横向交变载荷会引起螺栓的松动，轴向交变载荷会引起螺栓的疲劳断裂，而在环境介质的作用下轴向拉伸载荷则会引起螺栓的延迟断裂。
因此，在应用高强度螺栓时，对材料成分、冶金螺栓结构、制造工艺、安装及使用提出了更高的技术要求。
一般来讲，高质量、强度螺栓及其用钢应满足以下要求:(1) 高的抗拉强度，以便抵抗拉长、拉断、滑扣和磨损。
(2) 较高的塑性和韧性，以减少对偏斜、缺口应力集中和表面质量的敏感性。
(3) 对于在海边、河边、油田等潮湿大气或腐蚀气氛环境下工作的螺栓，要求螺栓材料具有足够低的延迟断裂敏感性，以保证螺栓工作时安全可靠。
(4) 对于承受交变载荷和冲击载荷的螺栓，要求具有较高的疲劳抗力和多次冲击拉伸抗力，以抵抗疲劳、多冲断裂。
(5) 对于在严寒地区或低温下工作的螺栓，还要求具有低的韧-脆转化温度。
(6) 中小直径螺栓往往多采用冷镦成形螺栓头和搓(滚)丝生产工艺，这就要求材料具有良好的冷镦等冷加工工艺性能。
二、高强度螺栓钢的延迟断裂及特征钢的回火马氏体组织具有良好的强度和韧性配合，而且还可以通过调整碳和合金元素等添加元素的种类、数量和热处理工艺而控制其强度，因此在合金钢中得到了十分广泛的应用。
然而回火马氏体钢在自然环境下易发生延迟断裂，且延迟断裂敏感性随着强度的提高而增大。
同时，高强度螺栓属于缺口零件，具有很高的缺口敏感性，容易在缺口集中部位如杆与头部的过度处或螺纹根部产生延迟断裂。
大型起重机高强度螺栓的断裂失效分析摘要：本文通过对一台大型起重机高强度螺栓断裂失效的分析，探究其原因和解决方法。
初步分析结果表明，螺栓断裂的主要原因是材料强度不足、应力过大和使用环境恶劣等因素导致的。
针对这些问题，本文提出了一系列改进措施，包括选用高强度材料、降低应力和改善使用环境等方面。
通过实验验证和理论计算，改进后的螺栓具备更高的强度和耐用性，可以有效地提高装置的稳定性和安全性。
关键词：起重机；高强度螺栓；断裂失效；强度分析；改进措施正文：1. 背景介绍大型起重机是现代工业中不可或缺的设备之一。
在使用过程中，螺栓作为连接装置的重要组成部分，在保证装置的稳定性和安全性方面起着至关重要的作用。
然而，螺栓也是易受力集中的零部件，容易出现断裂失效的情况。
因此，对螺栓失效进行分析和解决具有重要的理论和实践意义。
2. 断裂失效分析2.1 断裂形态分析通过对失效螺栓的断口形态进行分析，可以初步了解其失效原因。
观察失效螺栓的断口，发现其呈现出典型的断裂韧突混合断口。
2.2 强度分析对失效螺栓的材料进行强度测试，发现其强度值低于设计要求。
在使用过程中，由于受到集中载荷的作用，应力过大导致螺栓逐渐疲劳并最终断裂。
2.3 环境分析失效螺栓所处的使用环境恶劣，存在高温、湿润等不利因素。
因此，失效的螺栓容易受到腐蚀和氧化等影响，导致其材料性能和强度下降。
3. 改进措施针对分析结果，本文提出了一系列改进措施：3.1 选用高强度材料为了提高螺栓的强度，可以选用高强度材料来替代原有的材料，例如S45C、SCM43等。
这样既可以提高螺栓的耐久性，也可以在承受大载荷时发挥更好的作用。
3.2 降低应力在设计过程中，应尽可能减小螺栓所承受的载荷和应力，从而减少螺栓的疲劳损伤和断裂的可能性。
可以通过优化结构、增加支撑和缓冲措施等方法实现此目的。
3.3 改善使用环境在实际使用中，应注意维护和保养，防止螺栓受到腐蚀和氧化的影响。
可以采用表面防护涂层、常规保养和定期更换等措施，延长螺栓的使用寿命。
73中国设备工程Engineer ing hina C P l ant中国设备工程 2018.10（上）检制度。
第三，为了让施工人员在施工质量管理中有所参考，有必要制作各种工程质量样板，让施工人员严格按照施工样板来施工，降低施工人员在施工过程中的盲目性。
第四，做好工程施工中的技术交接。
各种施工技术标准应该由工程技术人员制定，在制定完毕后，必须经过技术负责人的审核，在审核通过后，再交给各具体的施工班组长。
为了让施工人员详细掌握各种施工细节，班组长有必要对各施工人员做统一的培训，并对他们进行答疑。
第五，一定要执行好质量例会制度。
工程质量例会一定要定期召开，各施工质量管理人员和各施工班组长一定要到会参加，对工程中的质量问题进行总结，并就解决措施进行讨论，研究出解决问题的方法，确保及时解决已经出现的工程质量问题，还要对未来施工中可能出现的质量问题，进行认真的讨论，并做好应对措施。
第六，有必要实行各种质量奖惩机制，对因自身原因造成的质量问题的人员进行处罚，对质量工程做得好的施工集体进行表扬，提高施工人员开展质量工作的积极性。
第七，做好施工中的组织编审工作。
根据企业工程争先创优的需要，制定相应的争先创优计划和具体实施细则，在制定完毕后一定要经过领导的审核，在施工过程中，逐渐发现制定不合理之处，并积极进行完善。
第八，一定要落实对原材料的质量管理制度。
原材料的质量高低对工程质量的好坏有直接性的影响，特别是针对争先创优工作，不仅要选择合格的材料，更应该选择质量优等的材料。
对原料的采购环节，就要严把材料质量关，在材料进入到工程现场后，一定要做好其质量抽查工作，存在质量问题的原材料不能使用。
3 结语实际的电力大修技改工程管理过程往往受到各种因素的影响，这些因素都会对工程质量造成比较大的影响。
因此，这需要工程的各个部门加强相互之间的协调，合理对各种资源进行优化配置，让各种资源充分发挥自己的作用，保证各个部门都能得到及时的资源供给。
锅炉钢结构用高强螺栓断裂原因分析摘要：火电厂锅炉是其主要的运行设备，而安装锅炉就需要钢结构的支撑，钢结构就是依靠高强度的螺拴将其各个部件组合到一起。
本文就是主要针对在钢结构在安装过程中容易出现的各种质量问题进行分析，并就这些经常出现的问题提出对应的解决措施，这里主要讨论的就是安装所用的高强度螺拴断裂的原因以及解决的措施，希望能给锅炉的钢结构安装工作带来有用的帮助。
一般钢结构安装过程中高强度螺栓是锅炉钢结构的重要连接部件。
本文就针对这些安装过程中出现的各类问题进行了详细阐述，最终分析得出锅炉钢架连接高强度螺栓的断裂原因。
关键词：锅炉厂房；钢结构安装；高强度螺栓；断裂原因分析引言：随着热工技术的不断进步，大型火力发电厂锅炉的重量不断增加，锅炉支撑结构逐渐由钢筋混凝土向全钢结构发展。
锅炉钢结构采用工厂加工，散装运输至现场。
现场采用螺栓连接或焊接方式分层安装。
由于钢结构组合件数量多、安装高度高、施工周期长、加工精度不高，在安装过程中会出现各种质量问题，钢结构链接的高强度螺拴的断裂就是最常见的问题，在当前阶段，锅炉钢结构高强螺栓的应用十分广泛，几乎在锅炉结构中都会应用到高强度螺拴，因此，为了提高锅炉应用的效果和在后期的运行中不出现问题，就要确保锅炉钢结构高强螺栓的使用问题和重视其连接质量以保障其不会断裂，从而采取措施来避免问题的出现。
1 .高强度螺栓自身属性以及特点由高强度钢制成或需要更大预应力的螺栓可称为高强度螺栓。
高强度螺栓主要用于连接桥梁、轨道、高、特高压设备。
这些螺栓的断裂大多是脆性断裂。
超高压设备使用的高强度螺栓需要大量的预紧力，以确保容器的密封性。
1.1改善结构受力状况高摩擦强度螺栓连接的力通过钢板表面的摩擦力传递。
大面积的传力和张力集中现象得到改善，提高了构件的疲劳强度。
此外，高强度螺栓的数量相对少于等强度铆钉的数量。
因此，打结器锁板的几何形状较小，节省了钢材。
1.2加快施工进度高强螺栓施工简单。
高强度螺栓低温脆性断裂及冲击韧性分析随着科学技术的进步，对钢材脆性研究逐渐增多，并取得一定成就，在民用、工业施工中得到广泛应用。
然而，低温、高压等环境是影响高强度螺栓的重要因素，易导致高强度螺栓发生脆性断裂，造成巨大损失。
一、高强度螺栓脆性断裂的分类高强度螺栓脆性断裂主要分为以下几种类型：第一，过载断裂：导致过载断裂的原因主要在于过载，致使螺栓强度不够。
2100m/s是其断裂发生时的基本速率，易造成严重影响，该种断裂形式主要出现于10.9级和12.9级钢结构高强度螺栓产品中。
第二，非过载断裂：受到材料以及低温的影响，引起的断裂现象，主要出现于屈强性高、塑性好的高强度螺栓。
第三，应力腐蚀断裂：受到腐蚀性环境的影响，致使其所承受的静力或准静力荷载低于屈服极限应力，导致其发生断裂。
二、高强度螺栓脆性断裂的技术要素高强度螺栓脆性断裂的技术要素主要分为当前质量、潜在质量以及最终质量。
首先，当前质量：当前质量主要涉及的内容包括变形抗力、开裂程度以及钢材质量等。
其次，潜在质量：潜在质量必须以当前质量为依据，科学、合理配置合金元素，有效开发镦锻前后热处理工序的相关工作，达到提升钢材性能的目的。
最后，最终质量：指高强度螺栓以及螺栓制品最终需达到的质量标准，提高抗拉强度，避免出现拉长、拉断以及滑扣等问题的发生。
三、材料与韧性的关系镦锻成型是螺栓较常应用的工艺，包括温锻、冷镦以及车削加工等环节，具有涉及面广、批量大等特点。
冲击韧度主要用于表示材料韧性大小，化学成分和纤维组织以及材料冶金质量其决定因素，易受环境温度和缺口状况影响。
（一）材料与冲击韧度碳元素是影响冲击韧度的关键因素，如果强度水平一致，低碳合金钢的断裂韧性明显高于中碳合金钢。
例如，20MnTiB与40CrNiMo，将两者均处理成10.9级螺栓，其在强度相近的情况下，20MnTiB的断裂韧性为113MN/m2/3，40CrNiMo的断裂韧性为78MN/m2/3，而对于冲击功而言，40CrNiMo比20MnTiB高20至45J左右。
高强度螺栓断裂分析————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：高强度螺栓断裂分析作者：上海交通大学曾振鹏摘要:采用断口分析、金相检验和硬度测定等方法，对高强度螺栓断裂原因进行了分析。
断口分析结果表明，断口平坦，呈放射状花样，微观形态主要为准解理花样，表明螺栓的断裂是脆性断裂;同时发现，在断口附近还存在横向内裂纹，内裂纹的断口形态与断裂断口一样。
金相分析表明，材料棒中存在严重的中心碳偏析，而中心碳偏析是引起断裂的主要原因。
关键词:高强度螺栓;准解理;横向内裂纹;中心碳偏析某厂生产的一批规格为M30×160mm的高强度大六角头螺栓，在进行验收试验时发生断裂。
螺栓材料为35CrMoA，采用常规工艺生产，硬度要求为35～39HRC。
1检验1.1材料的化学成分用VD25直读光谱仪进行了材料化学成分分析，分析结果(质量分数)列于表1。
从表1可以看出，材料的化学成分符合标准要求。
1.2硬度测定硬度测定结果列于表2。
由表可见，螺栓材料硬度虽符合技术要求，但已接近上限。
1.3材料的显微组织(1)在抛光态下，可见材料中含有较严重的夹杂物，其形态、分布见图1。
对照标准[2]，夹杂物级别为3～4级。
图1夹杂物形态及分布状况100×图2螺栓的显微组织280×(2)显微组织见图2。
组织为回火马氏体+粒状贝氏体，并有少量铁素体。
从图2可明显看出，组织中存在严重偏析，出现回火马氏体和粒状贝氏体带，致使显微组织不均匀，而且在回火马氏体带中存在MnS夹杂。
对样品螺纹根部附近的组织进行了观察，未发现脱碳现象。
1.4断口分析(1)图3a为断口的宏观形貌，断口较平坦，表面呈灰色，有明显的撕裂脊，呈放射状花样，放射线从中心向四周发射。
表明裂纹先在中心形成，然后向外扩展。
当裂纹扩展至整个横截面时，螺栓断裂。
图3断口的宏观形貌(2)断口的微观形态基本上以准解理花样为主，还有一些二次裂纹，如图4所示。
高强螺栓脆性断裂研究及实例分析摘要:本文简要回顾了高强螺栓的发展历程，介绍了当前高强螺栓研究的现状及动态，总结了钢材脆性断裂理论、脆性断裂的影响因素及高强螺栓的断裂分析。
关键词：高强螺栓；脆性断裂；Research on Brittle Fracture of High Strength Bolt and Analysis by ExampleAbstract:The article briefly reviewed the development course of high strength bolt, introduced the current status and trends of high strength bolt, and summarized the theory of brittle fracture and influenced factors and the fracture Analysis of strength bolt. Keywords: high strength bolt；brittle fracture;0 引言我国从1957年起开始研究高强度螺栓及其连接，并首先运用于桥梁。
这为我国钢结构采用高强螺栓连接奠定了基础。
在以后修建成昆铁路时推广了此项新技术，使高强螺栓连接技术得到了提高和发展。
在材料使用方面，我国高强度螺栓制作从开始时使用45号钢和40硼钢材料逐步转变到使用具有更好力学性能和工艺性能的20MnTiB钢。
高强度螺栓的应用范围也逐渐广泛，从原来的桥梁结构扩展到各种钢结构、机械结构设备，甚至宇宙飞船、海洋钻井平台的使用。
大量各种连接形式的静力试验和疲劳试验，为高强度螺栓连接合理设计提供了可靠的参数。
1高强螺栓的研究现状1.1国外现状：美国伊利偌斯大学的Rajasekhaaran S．Hair等对单螺栓连接和T字型双螺栓连接进行了试验和理论分析，得出了高强度螺栓的撬力作用会大大降低T字型双螺栓连接的极限承载力和疲劳强度的结论。
荷兰的Stark J WB和Bijlaard FSK对由高强度螺栓构成的钢框架节点的弯矩一曲率关系进行了研究。
意大利学者Giro Faena等对T字型螺栓连接进行了试验分析。
并总结了影响高强度螺栓预拉力的主要因素。
另外，美国的Yang Jun和DewoIf John．T则对高强度螺栓预拉力的松弛现象进行了探索。
1.2国内现状：螺栓端板连接的节点性能研究；高强度螺栓抗滑移系数、屈服强度和极限承载力的试验研究；高温下高强度螺栓受力性能的实验和理论研究；高强度螺栓疲劳断裂分析及寿命估算；对高强度螺栓以ANSYS 有限元软件为研究手段，进行各种受力模拟、分析；对高强螺栓螺纹形式、螺纹根部应力集中、螺纹牙根圆角半径的研究；对高强螺栓钢以高设计应力、轻量化为目标的研究，完善制造工艺、新型功能螺栓、超高强度螺栓钢的研究。
2 脆性断裂理论及影响因素2.1 脆性断裂理论螺栓的破坏通常可分为塑性和脆性两种形式。
其中脆性破坏是结构极限状态中最危险的破坏形式之一。
这主要是它的发生往往是很突然、没有明显的塑性变形，而且构件破坏时的承载能力很低。
脆性断裂是指钢材或钢结构在低名义应力(低于钢材屈服强度或抗拉强度)情况下发生的突然断裂破坏。
典型的脆性断裂可以表现为沿一定结晶平面的劈裂(解理断裂)和沿晶界的断裂。
在承受载荷的金属材料中，当某一部位形成了裂纹核之后，它们会进一步聚集长大，当裂纹达到某一临界尺寸时，将会发生解理断裂。
在一般情况下，首先在承受载荷材料的缺口根部出现应力集中和应变集中，形成塑性区。
当应力达到临界应力f时，便会产生解理裂纹的扩展，在扩展过程中将前方裂纹核连成一片，最后导致解理断裂。
螺栓的脆性断裂通常具有以下特征：①破坏时的应力常小于钢材的屈服强度fy，有时仅为fy的0.2倍。
②破坏之前没有显著变形，吸收能量很小，破坏突然发生，无事故先兆。
③断口平齐光亮2.2脆性断裂的原因1 材质缺陷当钢材中碳、硫、磷、氧、氮、氢等元素的含量过高时，将会严重降低其塑性和韧性，脆性则相应增大。
钢中碳元素含量增高会使钢的脆性转变温度升高。
随着含碳量的增加，钢的最大恰贝冲击值显著降低。
恰贝冲击值与试验温度曲线梯度趋于缓慢，而脆性转变温度显著升高，钢中磷含量的增加使晶界断裂应力降低，脆性转变温度升高，钢中含0．1％以上的磷就会引起晶界断裂应力降低。
磷对钢脆性转变温度影响随磷含量增加，钢脆性转变温度升高，硫与磷的存在对钢的断裂韧性起有害作用。
随硫、磷的含量的增加，钢的K1C值下降。
硫、磷含量增加使该钢K1C降低，硫危害性更大。
钢中锰元素的存在对改善其脆性性能有一定帮助，随锰与碳之比值提高，碳、磷有害作用下降，钢的脆性转变温度显著降低。
硫、磷降低钢的断裂韧性的原因，主要有两点：①偏聚于原始奥氏体晶界，促使品界脆化；②硫化学反应生成MnS在基体中形成脆性微裂纹起源核心，使微裂纹成核源增加，导致脆断容易发生。
减少钢中硫、磷含量是改善钢断裂韧性的重要途径，特别是超高强度钢。
选用适宜的冶炼方法是提高钢的纯度最直接、最易实现的途径，与普通电炉炼钢法相比，采用真空冶炼能提高钢的纯度，超高强度钢一般用真空自耗炉(或真空电弧炉)重熔，以减少钢中杂质和偏析，以提高钢断裂韧性。
各先进工业国都对硫、磷含量作了较低规定，一般都限于0．06％以下，但我国各大钢厂所产钢材偏析依然较重。
质量不稳定，影响偏析的因素中(铁矿石元素、炼钢方法、钢锭大小、冶炼技术等)，主因是炼钢方法和冶炼技术，偏析大将会引起热脆、冷脆、裂缝、疲劳等一系列问题。
2 应力集中当钢材在某一局部出现应力集中，则出现了同号的二维或三维应力场使材料不易进入塑性状态，从而导致脆性破坏。
应力集中越严重，钢材的塑性降低愈多，同时脆性断裂的危险性也愈大。
钢结构或构件的应力集中主要与构造细节有关：3使用环境当螺栓受到较大的动载作用或者处于较低的环境温度下工作时，螺栓脆性破坏的可能性增大。
在0℃以上，当温度升高时，钢材的强度及弹性模量均有变化，一般是强度降低，塑性增大。
温度在200℃以内时，钢材的性能没有多大变化。
但在250℃左右钢材的抗拉强度反弹，fy有较大提高，而塑性和冲击韧性下降出现所谓的“蓝脆现象”，此时进行热加工钢材易发生裂纹。
当温度达600~C，及E均接近于零，钢结构几乎完全丧失承载力。
当温度在0℃以下，随温度降低，钢材强度略有提高，而塑性韧性降低，脆性增大。
尤其当温度下降到某一温度区间时，钢材的冲击韧性值急剧下降，出现低温脆断。
通常又把钢结构在低温下的脆性破坏称为“低温冷脆现象”，产生的裂纹称为“冷裂纹”。
4 加载速率的影响大量实验表明，高的加载速率会使材料出现脆断的危险增加，一般认为其影响与降低温度相当。
随着变形速率的增大，材料的屈服强度将会增加，其原因是材料来不及进行塑性变形和滑移，因而位错摆脱束缚进行滑移所需的热激活时间减少，使脆性转变温度提高，所以易于产生脆断。
当试件上有缺口时，应变速率的影响更为显著。
脆性裂纹一经产生，裂纹尖端就会有很严重的应力集中，这一急骤增加的应力，相当于一个加载速率很高的荷载，使裂纹迅速失稳扩展，最后使整个结构发生脆性破坏。
综上，材质缺陷，应力集中，使用环境及加载速率是影响脆性断裂的主要因素，其中应力集中的影响尤为重要。
在此值得一提的是，应力集中一般不影响钢结构的静力极限承载力，在设计时通常不考虑其影响。
但在动载作用下，严重的应力集中加上材质缺陷，残余应力，冷却硬化，低温环境等往往是导致脆性断裂的根本原因。
3 螺栓的失效形式(1)螺杆的螺纹脱扣；(2)螺母的螺纹脱扣；(3)螺杆和螺母的螺纹均脱扣；(4)螺栓和螺母由于松动而丧失工作能力；(5)螺杆的断裂。
4 高强螺栓脆性断裂的分析引起螺栓脆性断裂的原因也包含于上述脆性断裂原因之中，主要有化学成分、金相组织、机械性能、应力集中方面。
高强度螺栓克服了普通螺栓承载力低的缺点，其静强度和疲劳强度比同尺寸的铆接还要高。
但是，在工程应用中发现，尽管在选用高强度螺栓时已进行过理论计算，并考虑了强度储备，但在实际使用中仍会不时出现高强度螺栓的断裂现象，给生产和安全带来隐患，甚至造成生命财产的重大损失。
因此，高强度螺栓的断裂是一个十分典型的事例，由此造成的事故屡屡发生，经济损失相当惊人。
6 结束语随着设计理论的不断突破和工艺手段的不断提高，以及新材料的不断应用，新的解决措施会不断地出现。
针对目前工程项目中的实际情况，对常见螺栓连接强度采取了相应的措施，提高了螺栓设计中连接的安全性。
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