汽輪機(jī)在檢修過(guò)程中發(fā)現(xiàn)中壓轉(zhuǎn)子動(dòng)葉片葉根發(fā)生開裂。為找出葉片開裂原因，利用宏形貌分析、化學(xué)成分分析、力學(xué)性能分析、金相顯微組織檢測(cè)及斷口微區(qū)分析等方法對(duì)開裂葉片進(jìn)行了試驗(yàn)分析。

主要原因?yàn)椋涸搫?dòng)葉片在制造過(guò)程中進(jìn)行鍛造加工時(shí)，由于鍛造工藝不當(dāng)形成的原始鍛造裂紋。

汽輪機(jī)為N330-17.75/540/540型、亞臨界蒸汽參數(shù)、一次中間再熱、直接空冷、單軸雙排汽采暖抽汽供熱式機(jī)組。該機(jī)組于2011年10月15日投產(chǎn)運(yùn)行，已累計(jì)運(yùn)行約48000h。

表1 #5鍋爐主要技術(shù)參數(shù)

名稱	單位	額定工況	VWO工況
額定功率	MW	330	352.7
過(guò)熱蒸汽壓力	MPa	17.750	17.750
過(guò)熱蒸汽溫度	℃	540	540
高壓進(jìn)口流量	Kg/s	257.78	278.89
再熱蒸汽壓力	MPa	3.7217	4.0107
再熱蒸汽溫度	℃	540	540
中壓進(jìn)口流量	Kg/s	234.97	253.61
低壓進(jìn)口壓力	MPa	0.4742	0.5090
低壓進(jìn)口溫度	℃	257.6	256.9
冷凝器真空度	MPa	0.0053	0.0053

汽輪機(jī)中壓轉(zhuǎn)子動(dòng)葉共12級(jí)，大修期間，檢查發(fā)現(xiàn)中壓轉(zhuǎn)子動(dòng)葉片葉根出汽側(cè)發(fā)現(xiàn)一條長(zhǎng)約11mm的裂紋，材質(zhì)為2Cr11NiMoVNbNB。

為了找出中壓轉(zhuǎn)子動(dòng)葉片開裂原因，確保機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行, 對(duì)汽輪機(jī)開裂的中壓轉(zhuǎn)子動(dòng)葉片進(jìn)行取樣試驗(yàn)分析。

一、試驗(yàn)方法及分析

1. 宏觀檢查

對(duì)開裂的中壓轉(zhuǎn)子動(dòng)葉片宏觀形貌進(jìn)行檢查，如圖1所示�？梢钥闯�，中壓轉(zhuǎn)子動(dòng)葉片的開裂點(diǎn)位于葉根出汽側(cè)端面，裂紋長(zhǎng)度約為11mm，裂紋平直、開口細(xì)小，沿葉片軸線方向分布。葉片外部未見明顯機(jī)械損傷及腐蝕損傷等缺陷。將開裂部位剖開進(jìn)行觀察，斷口齊平，表面銹蝕嚴(yán)重，自葉片表面向基體擴(kuò)展分布。

圖1 開裂葉片的現(xiàn)場(chǎng)形貌及宏觀形貌

2. 斷口微觀形貌分析

將解剖的開裂斷口清洗后利用掃描電子顯微鏡（SEM）對(duì)其進(jìn)行微區(qū)形貌的分析�？梢钥闯�，盡管動(dòng)葉片的斷口表面氧化嚴(yán)重，但斷口局部仍可以觀察到較為清晰的沿晶斷裂形貌特征，如圖（a）所示；而葉片材料正常的沖擊斷口則呈現(xiàn)典型的解理斷裂特征，如圖（b）所示。

3. 化學(xué)成分分析

直讀光譜儀對(duì)開裂中壓轉(zhuǎn)子動(dòng)葉片的金屬基體進(jìn)行成分分析，分析結(jié)果見表2。結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)GB/T 8732-2014《汽輪機(jī)葉片用鋼》和GB/T 222-2006《鋼的成品化學(xué)成分允許偏差》要求，可以看出中壓轉(zhuǎn)子動(dòng)葉片的主要合金成分中P元素含量明顯高于標(biāo)準(zhǔn)要求，其他合金化元素含量與標(biāo)準(zhǔn)對(duì)2Cr11NiMoVNbNB材質(zhì)的要求相一致。

表2化學(xué)分析結(jié)果%

4. 金相分析

對(duì)開裂的中壓轉(zhuǎn)子動(dòng)葉片取樣進(jìn)行金相分析。動(dòng)葉片的基體組織為回火馬氏體+少量δ鐵素體，δ鐵素體含量最嚴(yán)重視場(chǎng)未超過(guò)5%；組織中未見嚴(yán)重夾雜物；其奧氏體平均晶粒度為7～8級(jí)，未見1級(jí)或更粗的晶粒，組織狀態(tài)基本正常。開裂部位的金相組織顯示，主裂紋及分支裂紋均呈現(xiàn)枝杈狀沿晶開裂的形態(tài)分布，同時(shí)，主裂紋及分支裂紋兩側(cè)的組織存在明顯的脫碳現(xiàn)象，裂紋細(xì)小且內(nèi)部明顯氧化，說(shuō)明裂紋形成于溫度較高的階段，具有較為典型的熱加工過(guò)程中形成的鍛造裂紋的特征，如圖2所示。

圖2  開裂動(dòng)葉片各部位金相組織

5. 力學(xué)性能測(cè)試

從開裂的中壓轉(zhuǎn)子動(dòng)葉片上取樣進(jìn)行硬度測(cè)試，結(jié)果見表3�？梢钥闯�，2Cr11NiMoVNbNB動(dòng)葉片材料的布氏硬度符合標(biāo)準(zhǔn)要求；葉片材料的沖擊吸收能量處于標(biāo)準(zhǔn)要求下限水平，韌性