20Cr1Mo1VNbTiB 法兰通孔等长螺柱的认识与应用

今天我们来认识汽轮机设备中一类看似普通却极为关键的部件——高温紧固螺栓。具体来说，是我们在高压缸、主汽门、再热汽门等高温区域广泛使用的 20Cr1Mo1VNbTiB 法兰通孔等长螺柱。

这类螺柱虽小，但责任重大。它们承担着连接高温高压法兰、密封主蒸汽通道的重任，一旦失效，轻则导致泄漏，重则引发非计划停机甚至安全事故。因此，我们必须对它的材质、性能、使用要求有深刻理解。

一、它是什么？——基本定义与结构形式

我们今天讲的“20Cr1Mo1VNbTiB 法兰通孔等长螺柱”，可以拆解为以下几个关键词来理解：

20Cr1Mo1VNbTiB：这是螺柱的材料牌号，一种专门为高温工况设计的铬钼钒微合金化热强钢。其中：

“20”表示含碳量约0.20%；

Cr、Mo 提高高温强度和抗氧化性；

V、Nb、Ti、B 等微合金元素细化晶粒，提升蠕变强度和抗松弛能力。

该材料依据 DL/T 439-2018《火力发电厂高温紧固件技术导则》 设计，适用于工作温度 ≤570℃ 的关键部位。

法兰通孔等长螺柱：指两端带螺纹、中间杆部为光杆的双头螺柱，安装时穿过法兰通孔，两端用螺母紧固。其“等长”意味着两端螺纹长度相等，便于对称紧固，保证法兰受力均匀。

这类螺柱通常用于：

高压缸上下法兰连接

主汽门、再热主汽门阀盖紧固

高温导汽管法兰连接

二、为什么用它？——高温工况下的性能要求

在汽轮机运行中，这些螺柱长期处于**高温（500~570℃）、高压（10~25MPa）**环境下，同时承受：

蒸汽内压产生的拉伸载荷

法兰密封所需的预紧力

启停过程中的热交变应力

因此，普通螺栓无法胜任。而 20Cr1Mo1VNbTiB 材料具备以下优势：

高温持久强度高，抗蠕变性能优异

经调质处理后，组织为回火索氏体，兼具强度与韧性

抗松弛能力强，长期运行后预紧力损失小

耐热疲劳，适应频繁启停

根据标准，该材料在550℃下的蠕变极限约为185MPa，而实际工作应力通常控制在30~80MPa，留有足够安全裕度。

三、使用中的关键注意事项

必须进行热处理

原材料必须经过“淬火+高温回火”调质处理，确保金相组织为均匀的回火索氏体。若仅淬火不回火，会形成脆性马氏体，极易发生断裂。我们曾遇到过小厂供货螺栓因未回火导致运行4年即断裂的案例。

安装需热紧

这类螺柱必须采用热紧工艺（又称“热态紧固”），即在机组升温至一定温度（如350℃）时进行最终紧固，以补偿金属热膨胀，确保冷态与热态下预紧力合理。冷态一次性紧固到位是错误做法。

定期检查与更换

高温螺栓有使用寿命限制（通常3~5个大修周期或3万小时以上需评估更换）。每次大修应进行：

外观检查（裂纹、变形）

硬度检测

金相分析（查看组织老化、碳化物析出）

必要时进行无损探伤（MT/UT）

严禁混用或代用

不得用35CrMoA、25Cr2MoVA等材料替代20Cr1Mo1VNbTiB，其高温性能差异显著。必须使用原设计材质，并附带材质证明、热处理报告、探伤报告等质量文件。

2025-09-17黄编辑