电厂调节阀杆断裂事故分析

   1 调整阀杆断裂的原始情况
   某电厂三个调节阀断裂，断裂位置如图1所示，顺序编号为1#、2#和3#，调节阀杆的材料为1Cr11MoV。将断裂的阀杆从螺帽中取出，进行断口分析和材料检验分析。
   2 断口分析
   2.1 宏观断口分析
   调节阀断裂的宏观形状如图1所示（a）、图1（b）和图1（c）

图1

   所示，1#调节阀杆只有一个断面，断面为浅红色，边缘为深灰色，贝类线清晰。#、3#调节阀杆有3~5个截面，自定位销和螺纹开裂，形成多个截面，2#断口为浅红色，边缘为黑色，3#断口全部呈黑色，局部可见海滩装花样。3根调节阀断面都与调节阀杆垂直，没有明显的塑性变形的痕迹，断面已被严重氧化和磨损。
   2.2 微观断口分析
   因为2#、3#调节阀断口磨损严重，1#电镜观察调节阀断口。微观形状如图2所示。断口源磨损严重。扩展区有明显的贝类线，收敛于断口边缘的螺纹。（a），断口扩展区多为解理断裂，见图2（b），断口上没有疲劳线。

图2 扫描电镜照片调节阀断口

   3 材料分析
   3.1 化学成分分析
   在1#、2#和3#取样调节阀，测试调节阀的化学成分，分析结果如表1所示。从表1可以看出，三个调节阀的化学成分符合标准B/HJ479-2006的规定。

表1调节阀的化学成分(质量百分比)测试结果 /%

   3.2 硬度分析
   1#、2#和3#调节阀的硬度值分别为HB222、HB224和HB233.调节阀杆设计要求的屈服强度等级为490MPa，相应的硬度值规定为HB217~248，3个调节阀的硬度值符合标准B/HJ479-2006的规定。
   3.3 金相分析
   在1#、2#和3#调整阀杆螺纹处纵截面制备金相样品，低倍检查，夹杂物检查结果为A1、B2、D1.5e。

图3 调节阀金相组织照片

   在调节阀杆端面制备金相样品，金相组织如图3所示（a）、（b）所示。氮化层在金相样品边缘观察，氮化层深为0。25~0。mm，氮化层边缘和内部有许多微小的裂纹，腐蚀了调节阀杆的螺纹，发现螺纹部分有氮化痕迹，大部分氮化螺纹剥落。调节阀杆金相样品的晶粒度为4级，金相组织为回火索氏体。
   4 综合分析
   根据调节阀杆的设计要求，阀杆上的定位销孔应位于自阀杆端部螺纹长度的四分之一左右#调节阀杆上定位孔的位置符合设计要求，定位孔处无裂纹，2#和3#调节阀杆的定位销位置靠近阀杆螺纹上端面，不符合设计要求。#和3#调节阀杆的定位销孔都出现开裂，导致阀杆多处发生断裂。阀杆的断口分析表明阀杆的断裂性质是疲劳断裂，裂纹自螺纹表明萌生，向内部扩展。设计上要求阀杆氮化时对螺纹以上区域应做好防护，防止氮化，阀杆的材质检验结果表明，阀杆端部的大面积及螺纹的局部有氮化层，表明阀杆在氮化过程中未能对螺纹进行有效的防护，致使阀杆端部及螺纹局部被氮化，在氮化组织中形成显微裂纹，增加了螺纹的脆性，导致螺纹在运行中出现局部剥落现象，形成偏载，进一步加剧了螺纹处的应力集中，最终导致阀杆疲劳断裂。
   5 结语
   1#、2#和3#调节阀杆的断裂性质是疲劳断裂，材料符合要求B/HJ479-2006的规定。螺纹在氮化过程中没有得到有效的保护，导致阀杆端部和螺纹局部氮化，这是阀杆疲劳断裂的主要原因。
   建议今后严格按照设计要求保护阀杆氮化，防止螺纹氮化。