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某电厂600MW机组主汽门门杆断裂原因分析

  • 来源: 大发彩票华中电力试验研究院
  • 作者: 宋利
  • 发布时间: 2018-07-06

1 概述

2012年12月8日,某电厂600MW机组主汽门门杆发生断裂。

汽轮机型号为CLN600-24.2/566/566。投产日期为2006年10月。主汽门油动机最大推力为118421N,发生断裂的主汽门门杆材料为2Cr12NiW1Mo1V   

2 宏观检查

断裂位置在阀门的门杆靠近头部的变截面处(见图1)。断裂从Φ47.5mm杆的内孔底部边缘裂至外表面的变截面处(见图2、3、4)。外表面的变截面处及内孔边缘均无倒角,两处均为结构上的应力集中处。

 

图1 门杆断裂形貌

 

图2 断裂位置示意图

 

图3 断裂形貌

 

图4 断裂形貌

3 硬度检验

对门杆的两个样品进行硬度检验,门杆硬度为:①259HB、259HB、260HB、260HB、261HB,②254HB、254HB、252HB、252HB、248HB。按DL/T438-2009《火力发电厂金属技术监督规程》2Cr12NiW1Mo1V钢硬度范围为291HB~321HB,门杆硬度值低于标准。

4断口检验

对门杆的断口进行观察,发现断裂起源于Φ47.5mm杆的内孔底部边缘,在内孔底部边缘附近可见整圈的疲劳贝纹线(见图5),断裂从内孔底部边缘向外部扩展。再向外断裂面粗糙,呈塑形拉伸变形特征。

 

图5内孔底部边缘附近断裂形貌

 

图6  门杆组织形貌 500×

5 微观检验

在门杆上取样进行微观组织检验。门杆金相组织为回火马氏体(见图6)。门杆表面及内孔表面均有渗氮层。

6原因分析

①断裂起源于Φ47.5mm杆的内孔底部边缘,断裂的发生与门杆的加工结构上有应力集中有关。应力集中导致门杆不能承受较大的应力。断裂位置加工工艺不良,倒角不明显未达到图纸技术要求。

②从受力来说,断裂起源于门杆内孔变截面处,是承受压应力作用的结果。

③断裂的性质为疲劳断裂,是在门杆承受压应力作用下的冲击疲劳。

④技术要求内孔不渗氮,实际做了渗氮处理,断裂起源于内孔底部边缘的变截面处,首先出现的是渗氮层的开裂。渗氮的目的是提高表面硬度和耐磨性,但渗氮层硬度高、韧性差,抗冲击能力低,这样在有应力集中存在的变截面处因受到应力突变的冲击作用而出现裂纹。

⑤门杆断裂部位在关闭门时承受压应力作用,较大的冲击力使得内孔底部边缘出现疲劳裂源。

6结论

造成#4机主汽门门杆断裂的原因是:

门杆因加工的原因在结构上存在应力集中、内孔进行了渗氮处理、材料硬度低等因素的共同作用下,沿应力较大的截面出现冲击疲劳裂纹,疲劳裂纹逐步发展,最终产生断裂。

 


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