【摘 要】
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某火电厂超临界汽轮机发生标称材质为C422(22Cr12Ni Mo WV)钢的主蒸汽阀阀杆断裂事故,对发电安全造成不良影响。对此,本论文采用外观检查、成分测定、金相检验、力学性能测试及断口观察,探明阀杆失效原因。此外,渗氮对C422钢阀杆的安全性有何影响尚无定论。为此,本论文开展C422钢的固体、气体渗氮,开展渗氮层显微结构及渗氮钢力学性能的研究,以缺口敏感性为指标评价渗氮对C422钢服役安全性的
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某火电厂超临界汽轮机发生标称材质为C422(22Cr12Ni Mo WV)钢的主蒸汽阀阀杆断裂事故,对发电安全造成不良影响。对此,本论文采用外观检查、成分测定、金相检验、力学性能测试及断口观察,探明阀杆失效原因。此外,渗氮对C422钢阀杆的安全性有何影响尚无定论。为此,本论文开展C422钢的固体、气体渗氮,开展渗氮层显微结构及渗氮钢力学性能的研究,以缺口敏感性为指标评价渗氮对C422钢服役安全性的影响,为汽轮机用C422阀杆的金属监督提供技术支持。失效分析表明,某断裂阀杆存在网状分布的组织偏析,同时,零件设计、加工及热处理工艺等也不尽合理。在该阀杆变径处易造成应力集中,诱发裂纹,裂纹择优沿组织偏析区失稳扩展,导致阀杆断裂失效。基于C422钢固体渗氮层的成分与物相检测,显微结构观察,力学性能测试以及断口形貌分析,揭示不同温度及时间条件下C422钢渗氮层的显微组织特征,以及渗氮对有无缺口试样拉伸力学性能,尤其是缺口敏感性的影响。C422钢表面渗氮层主要由Fe3N、Fe4N及Cr23C6、Cr N等相构成。550℃,6 h渗氮后,渗氮层厚度为80μm,组织致密,硬度高。随着渗氮温度升高,保温时间延长,渗氮层的厚度变化不大,但渗氮层组织粗化,产生表面裂纹。渗氮导致C422钢试样屈强比升高,塑性下降,渗氮层呈解理断裂,脆性断裂特征明显。有无渗氮C422钢的缺口敏感参数均小于1,对缺口轻微敏感,渗氮使缺口敏感性增加。在纯氨气环境下对C422钢在进行两段式气体渗氮,开展渗氮层显微结构以及渗氮钢室温及高温力学性能研究,评价渗氮对该钢室温、高温缺口敏感性的影响。该渗氮层具有三层结构:表层为主要由Fe3N、Fe4N和少量Cr N构成的化合物层;中间层为α-Fe(N)扩散层,组织致密;内层为α-Fe(N)相穿插入钢基体而形成的过渡层。随渗氮时间延长,渗氮层的厚度增大,有无缺口C422钢渗氮试样的常温、高温拉伸强度和伸长率单调下降,屈服强度先增大后减小。渗氮层按解理断裂模式发生脆性断裂。气体渗氮导致C422钢的室温缺口敏感性增大,但对其高温缺口敏感性影响不大。
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