汽轮机低压转子2Cr13不锈钢叶片断裂分析

第３１卷第７期械工程材料Ｖ０１．３１Ｎｏ．７２００７年７月ｆｏｒＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＪｕｌ．２００７

汽轮机低压转子２Ｃｒｌ３不锈钢叶片断裂分析

韩栋１，刘道新１，刘树涛２

（１．西北工业大学航空学院，陕西西安７１００７２；

２．西安热工研究院有限公司电站材料技术部，陕西西安７１００３８）

摘要：通过断口宏观形态分析、扫描电镜（ＳＥＭ）微观观察、能谱（ＥＤＳ）分析和显微组织分析

以及常规力学性能测试，对电站汽轮机低压转子２Ｃｒｌ３不锈钢叶片断裂失效模式和失效原因进行

了全面的分析，并对开裂机制进行了深入探讨。结果表明：该汽轮机低压转子２Ｃｒｌ３不锈钢叶片

的失效模式为腐蚀疲劳破坏，叶片材质较差的内部因素和腐蚀疲劳的工况条件共同作用造成了叶

片的断裂失效。

关键词：低压转子叶片；马氏体不锈钢；腐蚀疲劳

中图分类号：Ｔ】Ｑ６３．３；ＴＧｌｌ５．２文献标识码：Ａ文章编号：１０００一３７３８（２００７）０７一００４５一０４

ＦａｉｌｕｒｅＡｎａＩｖｓｉｓｏｆ２Ｃｒｌ３ＳｔａｉｎｌｅｓｓＳｔｅｅｌＢｌａｄｅｉｎａＬｏｗＰｒｅｓｓｕｒｅＳｔｅａｍＴｕｒｂｉｎｅ

ＨＡＮＤ蚰毋，ＬＩＵＤａ伊ｘｉｎｌ，ＬＩＵＳｈｕ－ｔａ０２

（１．ＮｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎＰ０１ｙｔｅｃｈｎｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ７１００７２，Ｃｈｉｎａ；

２．Ｘｉ’ａｎＴｈｅｍａｌＰｏｗｅｒＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅＣｏ，Ｌｔｄ，Ｘｉ’ａｎ７１００３８，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｆａｉｌｕｒｅｍｏｄｅａｎｄｃａｕｓｅｓｏｆ１０ｗ＿ｐｒｅｓｓｕｒｅｒｏｔｏｒ２Ｃｒｌ３ｓｔａｉｎｌｅｓｓｓｔｅｅｌｂｌａｄｅｓｉｎａｐｏｗｅｒｐｌａｎｔ

ｓｔｅ咖ｔｕｒｂｉｎｅｗｅｒｅａｍｌｙｚｅｄｕＳｉｎｇｓＥＭ，ＥＤＳ，ｍｅｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓａＩｌｄｍｅｃｈａｍｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｙｔｅＳｔｓ．Ｔｈｅ

ｆｒａｃｔｕｒｅｃｈａｒａｃｔｅｄｓｔｉｃｓａｎｄｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｔｈｅｂｌａｄｅｓｗｅｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｆａｉｌｕｒｅｎｌｏｄｅｉｓ

ｃｏｒｒｏｓｉｏｎｆａｔｉｇｕｅｗｈｉｃｈｗａｓｃａｕｓｅｄｂｙｔｈｅｓ）ｍｅｒｇｉｓｔｉｃｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｏｆｆｑｕａｌｉｔｙｏｆｔｈｅｍｗｍａｔｅｄａｌａｎｄｗｏｒｋｃｏｎｄｉｔｉｏｎ

ｏｆｃｏｒｍｓｉｏｎｆａｔｉｇｕｅ．

Ｋｅｙｗｏｍｓ：１０ｗ＿一ｐｒｅｓｓｕｒｅｍｔｏｒｂｌａｄｅ；ｒｍｒｔｅｎｓｉｔｉｃｓｔａｉｎｌｅｓｓｓｔｅｅｌ；ｃｏｒｒｏｓｉｏｎｆａｔｉｇｕｅ

Ｏ引言１理化检验

某火电站１８机组在运行中振动突然增大，开缸１．１宏观检查

检查发现１＃低压转子第四级叶片断裂１片、开裂选取低压第四级断裂叶片１片（一１＃）、开裂叶ｌｏ片，机侧次末级叶片开裂２片；２＃低压转子第四片３片（分别为一３＃、一６８＃、一７３＃）、次末级开裂叶级叶片断裂ｌ片、开裂２０片。该机组为３３０ＭＷ亚片１片（＋１７＃）、无裂纹低压第四级叶片１１片（分别临界燃煤发电机组，其汽轮机低压缸部分转子叶片为一７＃、一４１＃、一７０＃、一７１＃、一７２＃、一７４＃、一７５＃、为２Ｃｒｌ３马氏体不锈钢，介质温度为２００℃，叶轮转一７８＃、一１３４＃、一１３６＃、一１５５＃）作试验分析。开裂速为３０００ｒ／ｍｉｎ，该机组累计运行约６０ｏｏＯｈ。汽叶片裂纹均处于出汽边；裂纹前端平直；低压第四级轮机叶片为高速转动部件，叶片出现裂纹对机组的开裂叶片在根部以上７０ｍｍ左右范围均有裂纹。安全运行造成极大的威胁。为保障机组的安全运由图１可见，低压第四级断裂叶片断于近叶根行、提高其使用寿命，作者对某电站汽轮机低压转子处，裂纹源区位于叶片的出汽边，裂纹从出汽边向进叶片断裂进行了失效分析。汽边方向扩展，断口前区断面平整，沉积物多；中区

清晰可见贝壳状疲劳条纹；后区断口起伏较大，瞬断

收稿日期：２００６一０９—２０；修订日期：２００６—１２—２２

基金项目：国家自然科学基金资助项目（５０６７１０８５）区面积占叶片总面积的１／３。断裂源点处于出汽边

作者简介：韩栋（１９８ｌ一），男，山东潍坊人，硕士研究生。的外弧侧，裂纹扩展方向垂直于叶片高度方向。导师：刘道新教授用ＤＰＴ＿３型着色渗透探伤剂对开裂叶片探伤， ４５

韩栋，等：汽轮机低压转子２Ｃｒｌ３不锈钢叶片断裂分析

次末级＋１７８叶片在内弧侧观察不到裂纹，而在背１．３力学性能

弧侧可见较多的裂纹（图２）。以上表明裂纹起裂于在一３＃、一６８＃、一７３＃号开裂叶片和一７＃、叶片出汽边的背弧侧，并向内弧侧和进汽边扩展。一１５５８无裂纹叶片上沿叶片轴向制取拉伸试样，在

ＭＴＳ８８０液压伺服试验机上按照ＧＢ／Ｔ２２８—２００２

《金属材料室温拉伸试验方法》进行室温拉伸试验。

参照ＧＢ／Ｔ２３１．１—２００２《金属布氏硬度试验》进行

硬度试验，力学性能试验结果见表２。

由表２可见，除一１５５８叶片外，其余抗拉强度

均偏高，其中开裂叶片的抗拉强度明显高于无裂纹

图１断裂叶片宏观形貌叶片的抗拉强度。

Ｋ舀１Ｍａｃｒ叩ｈｏｔｏｇｒａｐｈｏｆｆｈｃｔｕｒｅｄｂＩａｄｅ表２叶片材料的力学性能

Ｔａｂ－２Ｔｈｅｍｅｃｌｌ锄ｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔ涵

图２＋１７＃叶片裂纹宏观形貌（背弧侧）

Ｆｉ晷２Ｍａ口ｏｐｈｏｔｏｇｒａｑｐｈｏｆ锄ｄ【ｓｏｎｔｈｅｃｒａｄ‘ｅｄ

ｂｌａｄｅ【ｏｏ删ｅｘ１．４显微组织ｓＩ盯ｆｈｃｅ）

分别制取开裂叶片一３＃、一６８＃、一７３＃、＋１７＃

１．２化学成分和无裂纹叶片一７５＃、一１５５８横截面显微试样及

低压第四级一３８开裂叶片的化学成分分析结～６８＃叶片小裂纹、＋１７８近叶根处裂纹附近的显微果见表１，叶片用钢为２Ｃｒｌ３［１｜。试样进行分析。

表ｌ一３＃叶片主要化学成分（质量分数／％）ｃ彻１ｐ惦ｉｔｉ帆ｏｆ唧ｌｅ一３＃一７３８截面显微试样的显微组织为保持马氏体Ｔａｂ．１１１Ｉｅｃｈ咖ｉｃａＩ位向的回火索氏体，组织比较均匀，晶粒度分别为４

（ｍａｓｓ／％）～４．５级（图３）。一６８＃开裂试样的主裂纹平直，为

项目Ｃ＆№ＳＰｃｒＮｉ穿晶型，主裂纹旁伴有沿晶小裂纹，主裂纹中前宽、测定结果ｏ．１８ｏ．３８ｏ．６６Ｏ．０１６ｏ．０１５１１．９７ｏ．５８末端尖锐，其显微组织亦为保持马氏体位向的回火ＧＢ／Ｔ１２２１—０．１６～≤≤≤≤１２．０～≤索氏体（图４）。观察一７５８号叶片横截面发现其内１９９２ｏ．２５１．００１．ｏｏＯ．０３００．０３５１４．０ｏ．６０

部存在锻造裂纹（图５）。

图３—７３＃叶片显微组织图４—６８＃叶片裂纹形貌图５—７５＃叶片锻造内裂纹形貌

Ｆｊ晷３ＴｈｅⅡｄｃｒｏｔｒｕｃｔＩＩｒｅｏｆ

姗ｐＩｅ一７３＃Ｆｉ晷４ＴｈｅｃｒａｃＩ【脚ｒｐ岫ＩｏｇｙＦｉ晷５Ｆ０ｒｇｅｄｃｒａｃｌ【瑚ｒｐｈｏＩｏ斟

ｏｆ鞠ｍｐ …… 此处隐藏：4492字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……