收稿日期：２０１５-０４-０８
作者简介：张洲全（１９８５-），男，硕士研究生，工程师，现主要从事电厂和电网金属材料腐蚀防腐与失效分析工作。汽轮机高压主汽阀阀杆断裂原因分析
张洲全，涂 湛，何可龙，朱 辉，江 波
（国网江西省电力科学研究院，南昌３３００９６）
摘要：某火电厂３００ＭＷ亚临界燃煤发电机组汽轮机１号高压汽门阀杆发生断裂，截止到断裂发生，机组累计运行４．６万小时。将断裂的高压主汽门阀杆取样进行化学成分分析，符合２Ｃｒ１２ＮｉＭｏ１Ｗ１Ｖ材质的成分范围，化学成分正常。通过金相组织观察，阀杆表层为渗氮处理的细晶马氏体组织，心部为低碳板条马氏体组织，组织正常。但是在取样部位多处看到周向裂纹，裂纹边缘呈黑色，中间有白色腐蚀产物，说明裂纹内表面已经发生高温氧化和应力腐蚀，初步断定裂纹的产生是表面磨削加工时的残余应力所致。最后对断口进行扫描电镜分析，发现表层断口已经被高温氧化皮覆盖，心部为光洁的解理断口，未发现韧窝和疲劳断裂的贝壳状花纹，排除了阀杆异常运行导致循环应力疲劳断裂的可能性。
关键词：主汽阀阀杆；断口分析；金相分析
分类号：ＴＭ６２１．２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１-５８８４（２０１６）０１-００７８-０３
ＨｉｇｈＰｒｅｓｓｕｒｅＴｕｒｂｉｎｅＶａｌｖｅＳｔｅｍＦａｉｌｕｒｅＡｎａｌｙｓｉｓＺＨＡＮＧＺｈｏｕ-ｑｕａｎ，ＴＵＺｈａｎ，ＨＥＫｅ-ｌｏｎｇ，ＺＨＵＨｕｉ，ＪＩＡＮＧＢｏ（ＳｔａｔｅＧｒｉｄＪｉａｎｇｘｉＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｎａｎｃａｎｇ３３００９６，Ｃｈｉｎａ）
Abstract ：Ａ３００ＭＷｓｕｂ-ｃｒｉｔｉｃａｌｃｏａｌ-ｆｉｒｅｄｔｈｅｒｍａｌｐｏｗｅｒｐｌａｎｔｓｔｅａｍｔｕｒｂｉｎｅｇｅｎｅｒａｔｏｒｓｅｔＮｏ．１ｈｉｇｈｐｒｅｓｓｕｒｅｓｔｅａｍｖａｌｖｅｓｔｅｍｉｓｆｒａｃｔｕｒｅｄ．Ｔｈｅｔｕｒｂｉｎｅｕｎｉｔｈａｓｂｅｅｎｒｕｎｎｉｎｇ４６０００ｈｏｕｒｓｂｅｆｏｒｅｔｈｅｃｒａｃｋｈａｐｐｅｎｅｄ．Ｔｈｅｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｍｐｏｎｅｎｔｗａｓｅｘａｍｉｎｅｄｗｈｉｃｈｗａｓｉｎｔｈｅｓｔａｎｄａｒｄｒａｎｇｅ．Ｗｅｏｂｓｅｒｖｅｄｔｈｅｍｅｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｂｒｏｋｅｎｓｔｅｍｔｏｆｉｎｄｔｈｅｎｉｔｒｉｄｉｎｇｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｆｆｉｎｅｇｒａｉｎｍａｒｔｅｎｓｉｔｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｔｓｕｒｆａｃｅａｒｅａａｎｄｌａｔｈｍａｒｔｅｎｓｉｔｅａｔｃｅｎｔｒａｌｓｅｃｔｉｏｎ，ｈｅａｌｔｈｙｓｔｒｕｃｔｕｒｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．Ｗｅａｌｓｏｆｏｕｎｄｔｈｅｅｘｉｓｔｉｎｇｏｆｃｉｒｃｕｍｆｅｒｅｎｔｉａｌｏｘｉｄｉｚｅｄｃｒａｃｋｓｗｉｔｈｗｈｉｔｅｃｏｒｒｏｓｉｏｎｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈａｔ，ｗｅｂｅｌｉｅｖｅｉｔｗａｓｃａｕｓｅｄｂｙｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓｗｈｅｎｇｒｉｎｄｉｎｇ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ＳＥＭｗａｓｕｓｅｄｔｏｏｂｓｅｒｖｅｄｔｈｅｆｒａｃｔｕｒｅｔｏｆｕｒｔｈｅｒｃｏｎｆｉｒｍｏｕｒｉｄｅａｓ．Key words ：main steam valve stem ；fracture analysis ；metallographic analysis
０ 前 言
汽轮机高压主汽门是汽轮机用于快速切断汽轮机进汽、
停机的保护装置，用压力油控制快速关闭和开启，关闭时间
小于０．２ｓ。高压主汽门是汽轮机防止超速的最关键保护装
置，汽轮机防超速保护也是通过快速关闭高、中压主汽门及
调门来实现的。汽轮机一旦超速，很容易发生飞车、轴系断
裂、汽轮机报废等恶性安全事故，从而造成严重的经济损
失［１］。某火力发电厂３００ＭＷ亚临界燃煤发电机组累计运行
约４．６万小时后高压主汽门阀杆发生断裂。为分析确定该主
蒸汽阀阀杆断裂的原因，本文对断裂的阀杆试样进行了化学
成分分析、断口分析和金相分析。１ 外观检查
断裂的高压主汽门阀杆如图１、图２所示。由图１可知，
阀杆断裂位置为φ３８ｍｍ和φ４９ｍｍ杆部相结合尖角处，断口
呈锥形，且表面氧化较严重，断口存在时间较长。在φ３８ｍｍ
和φ４９ｍｍ杆过渡台阶上存在较多规则排列的周向条状裂
纹，经表面打磨处理后更明显，如图２
所示。图１
高压主汽门阀杆断口
图２ 打磨处理后台阶上的周向裂纹第５８卷第１期
汽 轮 机 技 术Ｖｏｌ．５８Ｎｏ．１２０１６年２月ＴＵＲＢＩＮＥＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＦｅｂ．２０１６