某電廠調(diào)節(jié)閥桿在運(yùn)行中發(fā)生斷裂，斷裂位置在排氣孔處。斷口分析表明，閥桿的斷裂性質(zhì)是過(guò)載導(dǎo)致的延性斷裂，材質(zhì)理化檢驗(yàn)結(jié)果表明閥桿的強(qiáng)度和硬度都低于技術(shù)條件要求，材質(zhì)的純凈度不高，閥桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及機(jī)械加工上的缺陷是閥桿斷裂的最主要原因。

1、原始情況

圖1 閥桿的斷裂位置示意圖

　　某電廠660MW超臨界空冷機(jī)組在小修檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)調(diào)門(mén)閥桿斷裂，閥桿的斷裂位置如圖1所示。閥桿材質(zhì)為2Cr12NiMo1W1V，工作溫度為566℃。

2、斷口分析

圖2 閥桿宏觀斷口形貌

　　閥桿斷口的宏觀照片如圖2所示，閥桿斷裂位置在相互垂直的兩個(gè)相距約10mm排汽孔處，斷口呈深灰色，斷面被嚴(yán)重氧化和磨損，排汽孔表面可見(jiàn)較深的刀痕，垂直于閥桿的排汽孔與閥桿中心的壓力平衡孔之間的邊緣線較為尖銳，局部形成飛邊，有微裂紋產(chǎn)生。在垂直于斷面的閥桿外表面，局部有塑性變形的痕跡。

圖3 閥桿斷口的微觀形貌

　　閥桿斷口的微觀形貌如圖3所示，斷口上可見(jiàn)韌窩、撕裂棱和二次裂紋，有瞬時(shí)延性斷裂的特征。

3、材質(zhì)分析

　　在閥桿上取樣，測(cè)試了調(diào)節(jié)閥桿的化學(xué)成分，力學(xué)性能和金相組織。

3.1、化學(xué)成分

　　閥桿的化學(xué)成分分析結(jié)果如表1所示。由表1可見(jiàn)，閥桿的化學(xué)成分符合技術(shù)條件的規(guī)定。

表1 2Cr12NiMo1W1V鋼的化學(xué)成分/wt%

3.2、力學(xué)性能

　　閥桿的的力學(xué)性能分析結(jié)果如表2所示。由表2可見(jiàn)，閥桿的強(qiáng)度和硬度指標(biāo)都低于技術(shù)條件的規(guī)定值。

表2 2Cr12NiMo1W1V鋼的力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果

3.3、金相分析

　　在閥桿的斷口附近取樣制備金相樣品，檢查結(jié)果如圖3(a)、(b)所示，夾雜物評(píng)定結(jié)果為A2.5、BN2、DN1.5，斷口邊緣有一些孔洞和微裂紋，金相組織為回火索氏體，晶粒度為4級(jí)。

(a)孔洞和微裂紋照片 (b)閥桿金相組織照片

圖 3

4、分析與討論

　　從閥桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)看，在閥桿的三個(gè)排汽孔交匯的區(qū)域，閥桿的承載面積減小，存在應(yīng)力集中效應(yīng)，閥桿排汽孔內(nèi)表面光潔度很差，排汽孔交匯處幾何過(guò)渡劇烈，未做圓角過(guò)渡處理，加工不當(dāng)還會(huì)產(chǎn)生飛邊，進(jìn)一步加劇了應(yīng)力集中效應(yīng)。閥桿在工作狀態(tài)下承受拉應(yīng)力和氣流變化引起的沖擊載荷，應(yīng)力集中區(qū)對(duì)沖擊載荷是非常敏感的。從斷口分析來(lái)看，閥桿就是在沖擊載荷和應(yīng)力集中效應(yīng)的共同作用下發(fā)生了瞬時(shí)延性斷裂。閥桿材質(zhì)分析結(jié)果表明，閥桿材質(zhì)的純凈度不好，強(qiáng)度和硬度指標(biāo)低于技術(shù)條件要求，進(jìn)一步降低了閥桿的承載能力。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和機(jī)械加工上的不足以及材質(zhì)性能和組織上的缺陷導(dǎo)致閥桿承載能力下降，在沖擊載荷作用下發(fā)生延性斷裂。

5、結(jié)語(yǔ)

　　建議改進(jìn)閥桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高排汽孔處的承載能力，保證排汽孔內(nèi)表面的粗糙度達(dá)到工藝要求，對(duì)排汽孔邊緣應(yīng)做圓角過(guò)渡處理，減小應(yīng)力集中效應(yīng)。嚴(yán)把材質(zhì)檢驗(yàn)關(guān)，確保閥桿的材質(zhì)檢驗(yàn)結(jié)果符合技術(shù)要求。