某电厂高压调节汽门消音器开裂失效原因分析

姬卢东 文 森 徐 科 徐 柱 肖调兵

（1. 中核武汉核电运行技术股份有限公司，湖北 武汉 430223；2. 中核核电运行管理有限公司，浙江 海盐 314300）

0 引言

本次失效部件为一高压调节汽门的消音器，在日常运行过程中该设备有异常声响存在，大修期间解体检修后发现调节汽门底部的消音器部件表面一圈存在不同程度的裂纹，共计18条，个别裂纹已贯穿消音器本体。消应器制造标准为B/HJ 403-2006《一般合金钢锻件订货技术条件》，其设计材质为30Cr1Mo1V，运行介质为水蒸气，进汽温度约279oC，压力约6.4MPa，日常运行期间通过调节开度来实现不同的进气量，汽体通过消音器底部小孔进入阀座内部，消音器本身会受到一定载荷并伴随振动。

1 理化试验

1.1 宏观形貌

对消音器整体及断口截面进行宏观形貌观察，结果如图1所示。开裂消音器为高压调节汽门底部的内部件，表面开有许多小孔，蒸汽通过小圆孔进入阀座。消音器一圈共存在18条线性裂纹，其中有4条裂纹已贯穿消音器基体，表面未发现明显的蒸汽冲蚀及腐蚀特征。观察裂纹发现靠近内圈的宽度较大，往外圈延伸宽度变小，说明裂纹是由内圈向外圈扩展，将裂纹打开后观察其截面形貌，断口表面由于暴露在高温蒸汽中已存在一定氧化痕迹，截面呈波纹状，初步判断为疲劳断裂。

1.2 化学成分

对消音器裂纹附近的基体进行化学成分分析，结果如表1所示。消声器基材的Al含量高于BH/J403-2006《一般合金钢锻件订货技术条件》对30Cr1Mo1V钢要求的上限值，其余元素的含量均在厂家技术条件对30Cr1Mo1V钢要求的成分范围内。Al元素会降低材料的高温强度和韧性，一定程度上会降低材料的抗疲劳性能[1-3]。

表1 消音器基体成分分析结果（wt.%）

1.3 微观组织

在消声器裂纹附近取样进行金相组织检验，结果如图2所示。基体金相组织为回火索氏体+少量铁素体，为30Cr1Mo1V经过回火后的组织，各区域组织较为均匀，组织未见明显异常；裂纹较为平直，为穿晶型开裂，裂纹内有明显的氧化特征。

图2 消音器基体微观组织

1.4 拉伸性能

消音器基体的室温拉伸性能检验结果如表2所示。对比BH/J 403-2006《一般合金钢锻件订货技术条件》中30Cr1Mo1V（强度等级690）的要求，本次检测的消音器基材抗拉强度为933MPa，屈服强度为781MPa，断后伸长率为18.5%，断面收缩率为61%，对比标准中的设计值可以看出该消音器基材的拉伸性能符合标准设计要求。

表2 消音器基体拉伸测试结果

1.5 微观形貌

裂纹断口截面的微观形貌如图3所示。将裂纹打开沿着裂纹的反方向查找裂纹源，由于消音器的运行介质为高温蒸汽且裂纹源是最先暴露在蒸汽介质中，所以该区域已被严重氧化腐蚀，其表面被腐蚀产物覆盖，腐蚀产物较厚，断裂形貌特征已无法观察。观察断口的其他区域，在断口的局部区域观察到典型的疲劳弧线形貌，将疲劳弧线区域继续放大可看见疲劳条纹，说明消音器的失效是由疲劳开裂所致。

图3 断口截面微观形貌

2 失效原因分析

本次失效设备为汽轮机进汽管线高压调节汽门的消音器，日常运行是该设备存在异常声音，解体检修后发现该阀门的消音器上存在不同程度的裂纹。通过对消音器基材的理化检验发现消音器一圈共存在18条裂纹，根据裂纹宽度判断裂纹起源于内圈表面并往外圈扩展，其中有4条裂纹已贯穿消音器基体，化学成分结果显示基材的Al含量超出标准范围，其余元素均在要求范围内。材料微观组织为回火索氏体+少量铁素体，组织未见明显异常，裂纹为穿晶型开裂，且内部存在氧化特征，材料的拉伸性能符合标准要求，断口微观形貌氧化痕迹较为严重，但在局部区域观察到了疲劳条纹，说明消音器的失效是由疲劳开裂所导致。

通过理化检验确定了高压调节汽门消音器的失效是疲劳开裂所致，调查现场工况可知该阀门主要作用是控制汽轮机的进汽量，底部的消音器存在许多小孔，蒸汽在小孔中消耗大量动能，以小股汽流进入阀座，从而能有效抑制调节阀的噪音和振动，所以消音器由于进汽量的变化会受到一定的载荷同时伴随着振动，经过长期的日常运行过程，最终消音器基体出现了疲劳裂纹[4-6]。此外消音器基材的Al元素含量为0.066，远高于标准对30CraMo1V的限定范围，Al元素含量超标会降低材料的高温强度和韧性，从而降低材料的抗疲劳性能，加速了疲劳开裂的过程。

3 结语

综上所述分析，高压调节汽门消音器运行过程中由于进汽量变化而产生的载荷和振动，长期运行过程中产生了疲劳开裂，导致了异音的出现。振动疲劳开裂是消音器失效的主要原因，基体材质的不合格加速了其疲劳开裂的过程。