超临界600MW机组主汽阀阀杆断裂原因分析

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1、超临界600MW机组主汽阀阀杆断裂原因分析内容来源自网络某超临界600MW机组于2010年10月12日7时并入系统运行，8时发现调节阀全开后，机组仅能带370MW负荷。进一步检查后发现，左、右侧主汽阀体温差大，右侧主汽阀处无明显节流声，判断其阀芯没有开启。1.阀杆断裂情况某超临界600MW机组于2010年10月12日7时并入系统运行，8时发现调节阀全开后，机组仅能带370MW负荷。进一步检查后发现，左、右侧主汽阀体温差大，右侧主汽阀处无明显节流声，判断其阀芯没有开启。2010年10月18日，对右侧主汽阀进行解体检查，发现该阀阀杆与阀杆套筒连接丝扣断裂。主汽阀材质为G

2、H901铁基高温合金，该合金在650℃以下具有较高的屈服强度和持久强度，760℃以下抗氧化性良好，长期使用组织稳定，是一种较成熟的合金，广泛用于制造在650℃以下工作的航空及地面燃气涡轮发动机的转动盘形件、静结构件、涡轮外环及紧固件等零部件，同时也用于超临界发电机组的主汽阀阀杆。沿主汽阀阀杆轴向切割规格为12.5mm×5mm×160mm的拉伸试样和规格为5mm×10mm×50mm的V型缺口冲击试样，拉伸试验在UTM5105型万能材料试验机上进行，拉伸速率为2mm/min；冲击试验设备为JBN-300。2.宏观检测主汽阀阀杆上部断口形貌如图1所示。主汽阀阀杆在其上部丝

3、扣的退刀槽处发生断裂，断口无明显的塑性变形，是典型的脆性断裂，且断面无疲劳特征，因此可以排除疲劳断裂的可能。图1主汽阀阀杆断口形貌1.成分分析GH901合金中的Fe是基体元素，Ni是奥氏体稳定化元素，Cr是抗氧化腐蚀元素，B为微量晶间强化元素，钛、铝等为时效强化元素，其中Al还可抑制合金中主要强化γ"相向脆性η－Ni3Ti相转化。主汽阀阀杆的合金成分见表1，各化学元素含量符合《中国航空材料手册》（以下简称“手册”）要求。表1主汽阀阀杆元素含量at%2.显微组织在主汽阀阀杆断口位置附近取样进行金相试验，其组织为奥氏体，但内含异常的混晶组织，不符合DL/T439-200

4、6《火力发电厂高温紧固件技术导则》中关于奥氏体组织的要求（图2）。图2主汽阀阀杆金相组织♂通过扫描电镜背散射像进一步观察主汽阀阀杆的显微组织，发现其基体中分布有大量的黑色和白色的颗粒，尺寸在10μm量级，且形状不规则（图3（a））。EDS图谱表明这些颗粒是富Al、富Si、富Ti和富Mo的强化相，其中富Al颗粒尺寸较大，如图3（b）中“1”所示。富Si颗粒外形较细长，如图3（b）中“2”所示。富Ti颗粒外形接近圆形，且尺寸较小，如图3（c）中“3”所示。富Mo颗粒是白色的，外形多为圆形，如图3（c）中“4”所示。各强化相的合金成分见表2。表2　高温阀杆各析出相成分at

5、%图3主汽阀阀杆背散射相及标记为1～4的颗粒能谱♂依据《手册》标准热处理状态下GH901组织为奥氏体基体上析出球状的γ＇相以及少量的MC和M3B2等相。γ′相弥散分布于晶内，直径约为14～20mm，约占合金重量的10%～12%，其化学组成近似为（Ni0.95Fe0.03Cr0.02）3（Ti0.85Al0.15）。MC和M3B2相的总量约占合金重量的0.27%～0.35%。通过比较发现，GH901主汽阀阀杆中的各强化相颗粒与标准热处理状态下的强化相不符，说明断裂的高温阀杆热处理工艺不到位，微观组织异常。1.力学性能主汽阀阀杆横截面的布氏硬度值为360HB，满足《手册

6、》对GH901合金硬度的要求（302～388HB）。主汽阀阀杆的室温拉伸数据见表3。由表3可见，主汽阀阀杆的抗拉强度符合《手册》要求，但表征材料塑性的延伸率和断面收缩率均低于《手册》要求，这说明主汽阀阀杆母材的塑性较差。表3主汽阀阀杆室温拉伸力学性能主汽阀阀杆试样的平均冲击功为41.5J，冲击韧性为518kJ/m2，低于《手册》要求的600～700kJ/m2，说明主汽阀阀杆母材的冲击韧性较差。图4（a）是冲击试样断口的形貌，宏观断口比较平坦，呈铁灰色，无明显的纤维区和放射区。微观断口显示断面为典型冰糖结晶状，属于脆性沿晶断裂模式。断面上分布有不少的沿晶二次裂纹（图4

7、（b～c））。同时，沿断口晶界上存在不少的颗粒和其剥离遗留下来的孔洞（图4（d））。图4冲击试样断口的二次电子相形貌♂图5（a）是图4（d）的背散射图，通过EDS探测这些颗粒是富Mo、富Ti和富Al的强化相（图5（b～c）），这些强化相颗粒分布在断口的晶界位置，会进一步恶化基体的韧塑性。图5冲击试样断口强化颗粒分布形貌及标记为“1～3”的颗粒能谱采购前阀门选型的步骤和依据：在流体管道系统中，阀门是控制元件，其主要作用是隔离设备和管道系统、调节流量、防止回流、调节和排泄压力。由于管道系统选择最适合的阀门显得非常重要，所以，了解阀门的特性及选择阀门的步骤和依据也变得