牛文獻，牛保獻

(1.華電曹妃甸重工裝備有限公司，河北 唐山 063210;2.河南省電力工業(yè)鍋爐壓力容器檢驗中心，鄭州 450052)

1 問題的提出

循環(huán)水泵作為電廠水循環(huán)的重要設備，其安全狀況直接影響到機組水循環(huán)系統(tǒng)能否安全可靠運行。2013年，某電廠#1機組1A循環(huán)水泵在運行中突然出現(xiàn)了大軸斷裂現(xiàn)象，造成了重大設備事故。水泵型號為1800HLBK－24.1，斷裂的水泵大軸材料為2Cr13，規(guī)格為? 186 mm。大軸斷裂后，隨即對循環(huán)水泵大軸材料進行了金相檢測和原因分析。

2 檢查情況

2.1 宏觀檢查

斷裂的位置在下主軸的下端鍵槽的上端處(如圖1、圖2所示)，斷裂起源于軸的內(nèi)部，起源處斷面沿縱向分布，距外表面約46mm，先沿周向擴展約40 mm后轉(zhuǎn)向外表面(如圖3、圖4所示)，主裂紋在軸向上分布很長，總長約900 mm。在裂紋前端將軸鋸開，觀察軸的橫截面，發(fā)現(xiàn)軸的心部與邊緣顏色不同，邊緣顏色淺的區(qū)域深度約20 mm，兩處硬度也不同(見本章2.3硬度檢驗)。

圖1 斷裂位置示意

圖2 斷裂位置形貌1

圖3 斷裂位置形貌2

圖4 斷裂位置形貌3

2.2 光譜檢測

使用XL 3t 800合金分析儀對1A軸的材質(zhì)進行檢測。檢測結(jié)果見表1。

表1 1A軸的材質(zhì)的檢測結(jié)果 %

2.3 硬度檢驗

使用Bambino2里氏硬度計對1A軸的2個樣品進行硬度檢驗，檢驗位置如圖3～圖5所示，檢測結(jié)果(每個檢測位置點選取4個硬度值，最后取平均值)見表2。

圖5 軸的橫截面形貌

表2 硬度檢驗結(jié)果 HB

按照DL/T 438—2009《火力發(fā)電廠金屬技術監(jiān)督規(guī)程》要求，2Cr13鋼硬度范圍為212～277 HB，而1A軸斷裂位置(#9，#12，#15，#18，#4，#5，#6)表面及心部硬度值均超出標準值。

2.4 斷口檢驗

對1A軸的斷口進行觀察，發(fā)現(xiàn)斷裂起源于軸的心部(如圖6所示)，起源區(qū)較寬，沿軸向分布，起源區(qū)顏色發(fā)黑、呈顆粒狀，斷裂起源及擴展形貌如圖7、圖8所示。

圖6 軸的斷裂形貌

圖7 斷裂起源及擴展形貌1

圖8 斷裂起源及擴展形貌2

2.5 微觀檢測

在圖5的#1，#5，圖4的#18及圖6的A處取樣進行金相檢驗。

A處(如圖9～圖11所示):組織為馬氏體+碳化物+鐵素體，為不合格組織，組織中有淬火裂紋，斷裂起源處為沿晶斷裂，斷面附近有沿晶裂紋。

#18處(如圖12所示):組織為馬氏體+碳化物，為不合格組織。

#1處(如圖13所示):組織為回火索氏體+碳化物+鐵素體。

#5處(如圖14所示):組織為馬氏體+碳化物+鐵素體，為不合格組織。

圖9 A處組織形貌 ×1000

圖10 A處淬火裂紋形貌 ×500

圖11 A處斷口附近沿晶裂紋形貌 ×500

圖12 #18處組織形貌 ×500

圖13 #1處組織形貌 ×1000

圖14 #5處組織形貌 ×500

3 原因分析

(1)斷裂起源處顏色發(fā)黑，說明斷裂源是在大軸加熱過程中產(chǎn)生的。

(2)2Cr13鋼經(jīng)淬火并高溫回火后才能使用，正常金相組織應為回火索氏體。從檢查結(jié)果來看，斷裂軸未經(jīng)過整體正常熱處理，組織為馬氏體+碳化物+鐵素體，為不合格組織。同時，相應的硬度檢驗結(jié)果也不符合相關標準的要求。

(3)斷裂起源為軸的心部，正好位于表面及心部組織的不合格區(qū)域。斷裂起源處組織中有沿晶裂紋，是熱處理時產(chǎn)生的淬火裂紋。

4 預防措施

針對#1機組1A循環(huán)水泵大軸的斷裂的問題，作者提出了如下防護措施。

(1)應對同一廠家的所有循環(huán)水泵大軸進行硬度及探傷檢查。

(2)對存在問題的大軸進行更換，且新軸的各項性能指標應符合相關標準的要求。

(3)在機組運行過程中，應定期對大軸進行檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。

5 結(jié)論

作者認為，#1機組1A循環(huán)水泵大軸發(fā)生斷裂的原因是大軸熱處理狀態(tài)不正常且在淬火時出現(xiàn)淬火裂紋，在使用過程中淬火裂紋不斷擴展，并最終導致了斷裂。提出了預防措施后，為機組長期穩(wěn)定運行創(chuàng)造了條件。