邯钢2#M251S燃机煤压机叶轮叶槽裂缝原因浅析

2015-01-08路志标

中国科技纵横 2014年12期

关键词：邯钢倒角燃机

路志标

(河北钢铁集团邯钢分公司能源中心,河北邯郸 056015)

邯钢2#M251S燃机煤压机叶轮叶槽裂缝原因浅析

路志标

(河北钢铁集团邯钢分公司能源中心,河北邯郸 056015)

本文通过对邯钢M251S燃机煤压机叶轮材质各项特性分析,初步确认燃机煤压机叶片出现裂纹原因进行了分析,并针对原因,提出了运行和检修建议。

燃机煤压机叶轮叶槽裂缝

1 引言

邯钢2#燃机大修时间检查发现煤压机叶轮榫槽出现裂纹,机组被迫延长大修时间,对裂纹进行分析处理,该机组煤压机转速为6438r/min,最高工作温度为355℃。随后请有关专家对叶轮片段进行宏观和微观断口分析、金相组织分析、化学成分分析、力学性能测试,在上述试验及分析结果的基础上,结合设计使用、装配情况进行综合分析,确定叶轮发生开裂的原因

2 叶轮各项特性监测

2.1 材料化学成分分析

从叶轮上靠近榫槽底部区域取样进行材料化学成分分析。材料化学成分符合德国标准高温高强度钢X8CrCoNiMo10-6的成分要求。

2.2 材料力学性能测试

在榫槽下方区域取三个Φ5mm拉伸试样和三个10mm×10mm×55mm的V型冲击试样,进行室温拉伸和冲击试验,叶轮材料抗拉强度在1100Mpa以上,平均冲击吸收功非常低,仅为2.4J左右。材料具有较高的强度,但是冲击韧性很低。

2.3 宏观形貌分析

对叶轮部分右侧第一个完整榫槽开始次编号为1～10号。在磁粉探伤中发现,在若干榫槽的前端面(入口侧)上,底面与侧面的过渡圆角处发现疑是裂纹的线性显示,裂纹显示集中在图中叶轮右半部分,其中5、6、7号榫槽的倒角处裂纹显示较长且清晰。3处较长裂纹均起源于相同的位置,起裂源位置裂纹扩展方向基本相同,后期扩展方向略有不同,其中,5号榫槽上裂纹起裂后向叶轮内部方向扩展,6、7号榫槽上裂纹起裂后沿着起裂方向扩展。所有榫槽的过渡圆角处均观察到较厚的黑色氧化物堆积,起裂源表面形貌与其它位置相比未见显著差别。

5号和6号榫槽上的裂纹打开后的断口形貌特征相近,断口没有发生明显的塑性变形,断面平齐比较干净,能观察到解理反光刻面,没有明显的氧化和腐蚀形貌。裂纹源区均位于靠近外表面的倒角处。

宏观形貌分析结果表明,叶轮入口一侧的多个榫槽底面与侧面的过渡圆角处出现了开裂,裂纹形态相近,为一次性脆性开裂,断面比较干净整齐,没有明显的氧化和腐蚀,为取样前新近开裂;起裂源位于结构应力集中比较严重的位置,源区表面状态正常。

2.4 断口微观形貌分析

5号和6号榫槽裂纹的打开断口的微观形貌,可以看出两处裂纹启开后均为穿晶准解理断口,断面干净基本没有氧化腐蚀,断面上未见明显的材料缺陷,为较大应力下的一次过载脆性断口。断口右侧发现的沿晶形貌断口为过渡圆角表面的腐蚀产物,能谱分析腐蚀产物中S含量较高。

经过冲击试验后的断口形貌为穿晶准解理断口,断口形貌与5号、6号打开断口形貌类似。

断口分析结果表明,打开断口表面未发生氧化或腐蚀,说明开裂时间与取样时间相距不远。启开裂纹与冲击试验断口形貌相近,均为准解理脆性断口,表明两处裂纹为一次性快速开裂。

2.5 金相组织分析

通过对榫槽台阶的剖面形貌分析,源区倒角处表面腐蚀产物总厚度达200μm以上,腐蚀产物分为多层,内侧三层较为致密,最外层疏松多孔。最内层中以合金元素的硫化物、氧化物为主,Cr的含量明显偏高;中间层也是以合金元素的氧化物和硫化物,不过S和Cr的含量明显比内层低;最外层主要为氧化物、硫化物和氯化物。根据表面腐蚀产物的特征分析,叶轮表面出现了高温硫腐蚀。基体平均硬度为390HV0.1。

从上述分析表明;叶轮材料化学成分接近德国高温高强度钢X8CrCoNiMo10-6,基体组织为回火马氏体+少量聚集分布的粒状富Nb碳化物,晶粒度为4.5级;材料强度较高塑性偏低,冲击韧性不足;叶轮入口一侧断面上发生了开裂,裂纹位于榫槽倒角的应力集中处,为冲击应力作用下的脆性开裂,断面未发生氧化和腐蚀。裂纹源未发现原材料、机加工和外部损伤等异常缺陷。

3 运行和检修建议

邯钢2#燃机运行过程中出现了几次逆功率跳闸,经有关人员分析,怀疑燃机运行过程中,由于煤气含尘量较高,原设计无煤压机效率监视,造成煤压机叶片效率下降,煤压机在高负荷时发生喘振,机组停机。由于喘振对机组叶片冲击比较大,易产生冲击应力,造成燃机煤压机叶轮榫槽裂纹产生。为了避免上述现象发生,需增加燃机煤压机防喘振保护措施,增加煤压机效率监视,及时发现煤压机的效率下降问题,并及时处理,保证煤压机远离喘振区运行。另外,定期对煤压机进行检查,定期清理叶片及叶轮处积灰,并定期对煤压机腐蚀情况进行检查,保证煤压机运行周期。