600MW超臨界機組低壓轉(zhuǎn)子葉片開裂分析

  　某電廠6號機組汽輪機為國產(chǎn)引進技術(shù)，由哈爾濱汽輪機廠有限責(zé)任公司生產(chǎn)制造。汽輪機為600MW超臨界、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、雙背壓、凝汽式汽輪機，型號為CLN600-24.2/566/566。電廠在機組例行檢修時，發(fā)現(xiàn)該機組汽輪機1、2號低壓轉(zhuǎn)子次次末級葉片存在多處裂紋。該機組自投產(chǎn)至發(fā)現(xiàn)葉片開裂已累計運行約41000h，期間運行參數(shù)正常。

葉片材料為1Cr12Mo鋼。1Cr12Mo鋼是一種含12%（質(zhì)量分數(shù)）Cr的馬氏體耐熱不銹鋼，它是在美國AISI403鋼的基礎(chǔ)上適當(dāng)提高Mo元素的含量以抑制其回火脆性改進研制而成，具有較高的室溫強度，較高的韌性和冷變形能力，較高的熱強性和耐蝕性。為查明葉片開裂原因，避免事故發(fā)生，對開裂的葉片進行了試驗分析。葉片化學(xué)成分分析結(jié)果見表1。

表1 葉片化學(xué)成分分析結(jié)果（質(zhì)量百分數(shù)，%）

裂紋位于葉片出汽側(cè)，距離葉根150mm，開裂長度約20mmm。葉片出汽側(cè)存在1處直徑2mm，深1.5mm的蝕坑，裂紋起裂部位位于蝕坑底部，沿葉片橫向由出汽側(cè)向內(nèi)擴展，即裂紋擴展方向垂直于葉片高速運轉(zhuǎn)過程中的離心拉應(yīng)力方向。

分析結(jié)果表明，次次末級葉片主要承受由于葉片高速運行過程中離心力產(chǎn)生的沿葉片縱向的拉應(yīng)力。通常狀態(tài)下，1Cr12Mo不銹鋼具有良好的耐蝕性，表面會形成一層致密穩(wěn)定的氧化保護膜，但是當(dāng)蒸汽中含有Cl^-、S^2-等腐蝕離子時，葉片表面的保護膜會受到侵蝕并且很快向縱深方向發(fā)展，使葉片產(chǎn)生腐蝕坑。而葉片蝕坑的存在更容易造成Cl^-、S^2-等腐蝕離子富集且減小葉型截面積，影響葉片的振動特性，從而造成更大的應(yīng)力集中。該汽輪機次次末級葉片前后均布置有抽汽口，蒸汽濕度大且葉片經(jīng)過抽汽口時不可避免地會因蒸汽壓力的突變產(chǎn)生振動，此種振動會進一步加劇蝕坑部位的應(yīng)力集中程度。

對開裂葉片的試驗分析結(jié)論如下：

（1）該汽輪機次次末級葉片1Cr12Mo鋼的強度高、塑韌性較差，沖擊吸收能量遠低于標準要求，材料性能欠佳；

（2）在拉應(yīng)力和蒸汽中Cl^-、S^2-等腐蝕離子的共同作用下致使該葉片發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂。