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關(guān)于電廠調(diào)節(jié)閥桿斷裂事故分析

發(fā)布于:2019/9/19 9:41:18 點(diǎn)擊量:82

    1 調(diào)節(jié)閥桿斷裂的原始情況
    某電廠的3根調(diào)節(jié)閥發(fā)生斷裂,斷裂位置如圖1所示,按順序編號(hào)為1#、2#和3#,調(diào)節(jié)閥桿的材質(zhì)為1Cr11MoV。將斷裂的閥桿從螺帽中取出,做斷口分析和材質(zhì)檢驗(yàn)分析。
    2 斷口分析
    2.1 宏觀斷口分析
    調(diào)節(jié)閥斷裂的宏觀形貌如圖1(a)、圖1(b)和圖1(c)


圖1 調(diào)節(jié)閥斷口宏觀形貌


    所示,1#調(diào)節(jié)閥桿只有一個(gè)斷面,斷口呈淺紅色,邊緣局部呈深灰色,有清晰的貝紋線。2#、3#調(diào)節(jié)閥桿有3~5個(gè)斷面,自定位銷及螺紋處開裂,形成多個(gè)斷面,2#斷口呈淺紅色,邊緣有小區(qū)域呈黑色,3#斷口全部呈黑色,局部可見海灘裝花樣。3根調(diào)節(jié)閥斷面都與調(diào)節(jié)閥桿垂直,沒有明顯的塑性變形的痕跡,斷面已被嚴(yán)重氧化和磨損。
    2.2 微觀斷口分析
    因?yàn)?#、3#調(diào)節(jié)閥斷口磨損嚴(yán)重,把1#調(diào)節(jié)閥斷口放入電鏡觀察,微觀形貌如圖2所示,斷口源區(qū)磨損較為嚴(yán)重,擴(kuò)展區(qū)有明顯的貝紋線,收斂于斷口邊緣的螺紋處,見圖2(a),斷口擴(kuò)展區(qū)大部分是解理斷裂,見圖2(b),斷口上未見疲勞輝紋。


圖2 調(diào)節(jié)閥斷口的掃描電鏡照片


    3 材質(zhì)分析
    3.1 化學(xué)成分分析
    在1#、2#和3#調(diào)節(jié)閥上取樣,測(cè)試了調(diào)節(jié)閥的化學(xué)成分,分析結(jié)果如表1所示。由表1可知,3根調(diào)節(jié)閥的化學(xué)成分都符合標(biāo)準(zhǔn)B/HJ479-2006的規(guī)定。


表1調(diào)節(jié)閥的化學(xué)成分(質(zhì)量百分比)測(cè)試結(jié)果  /%


    3.2 硬度分析
    1#、2#和3#調(diào)節(jié)閥的硬度值分別為HB222、HB224和HB233,調(diào)節(jié)閥桿設(shè)計(jì)要求的屈服強(qiáng)度等級(jí)為490MPa,相對(duì)應(yīng)的硬度值規(guī)定為HB217~248,3根調(diào)節(jié)閥的硬度值都符合標(biāo)準(zhǔn)B/HJ479-2006的規(guī)定。
    3.3 金相分析
    在1#、2#和3#調(diào)節(jié)閥桿的螺紋處的縱剖面制備金相樣品,做低倍檢查,夾雜物檢查結(jié)果為A1、B2、D1.5e。


圖3 調(diào)節(jié)閥金相組織照片


    分別在調(diào)節(jié)閥桿端面上制備金相樣品,金相組織如圖3(a)、(b)所示。在金相樣品的邊緣觀察到氮化層,氮化層深為0。25~0。38mm,在氮化層邊緣及內(nèi)部有許多微小的顯微裂紋,對(duì)調(diào)節(jié)閥桿的螺紋處進(jìn)行腐蝕,發(fā)現(xiàn)螺紋處局部有氮化的痕跡,且被氮化的螺紋處大都有螺紋剝落發(fā)生,調(diào)節(jié)閥桿金相樣品的晶粒度都為4級(jí),金相組織為回火索氏體。
    4 綜合分析
    按照調(diào)節(jié)閥桿的設(shè)計(jì)要求,閥桿上的定位銷孔的位置應(yīng)位于自閥桿端部螺紋長(zhǎng)度的約四分之一處,1#調(diào)節(jié)閥桿上定位銷孔的位置符合設(shè)計(jì)要求,在定位銷孔處未出現(xiàn)開裂,2#和3#調(diào)節(jié)閥桿的定位銷孔的位置都靠近閥桿螺紋上部的端面,都不符合設(shè)計(jì)要求,在2#和3#調(diào)節(jié)閥桿的定位銷孔都出現(xiàn)開裂,導(dǎo)致閥桿多處發(fā)生斷裂。閥桿的斷口分析表明閥桿的斷裂性質(zhì)是疲勞斷裂,裂紋自螺紋表明萌生,向內(nèi)部擴(kuò)展。設(shè)計(jì)上要求閥桿氮化時(shí)對(duì)螺紋以上區(qū)域應(yīng)做好防護(hù),防止氮化,閥桿的材質(zhì)檢驗(yàn)結(jié)果表明,閥桿端部的大面積及螺紋的局部有氮化層,表明閥桿在氮化過程中未能對(duì)螺紋進(jìn)行有效的防護(hù),致使閥桿端部及螺紋局部被氮化,在氮化組織中形成顯微裂紋,增加了螺紋的脆性,導(dǎo)致螺紋在運(yùn)行中出現(xiàn)局部剝落現(xiàn)象,形成偏載,進(jìn)一步加劇了螺紋處的應(yīng)力集中,最終導(dǎo)致閥桿疲勞斷裂。
    5 結(jié)語
    1#、2#和3#調(diào)節(jié)閥桿的斷裂性質(zhì)是疲勞斷裂,材質(zhì)都符合B/HJ479-2006的規(guī)定。閥桿在做氮化處理時(shí)未對(duì)螺紋進(jìn)行有效防護(hù),致使閥桿端部及螺紋局部被氮化,這是閥桿發(fā)生疲勞斷裂的主要原因。
    建議今后調(diào)節(jié)閥桿氮化時(shí)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求做好防護(hù),防止螺紋被氮化。



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