600MW超临界机组低压转子叶片开裂分析

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某电厂6号机组汽轮机为国产引进技术，由哈尔滨汽轮机厂有限责任公司生产制造。汽轮机为600MW超临界、一次中间再热、单轴、三缸四排汽、双背压、凝汽式汽轮机，型号为CLN600-24.2/566/566。…

某电厂6号机组汽轮机为国产引进技术，由哈尔滨汽轮机厂有限责任公司生产制造。汽轮机为600MW超临界、一次中间再热、单轴、三缸四排汽、双背压、凝汽式汽轮机，型号为CLN600-24.2/566/566。电厂在机组例行检修时，发现该机组汽轮机1、2号低压转子次次末级叶片存在多处裂纹。该机组自投产至发现叶片开裂已累计运行约41000h，期间运行参数正常。

叶片材料为1Cr12Mo钢。1Cr12Mo钢是一种含12%（质量分数）Cr的马氏体耐热不锈钢，它是在美国AISI403钢的基础上适当提高Mo元素的含量以抑制其回火脆性改进研制而成，具有较高的室温强度，较高的韧性和冷变形能力，较高的热强性和耐蚀性。为查明叶片开裂原因，避免事故发生，对开裂的叶片进行了试验分析。叶片化学成分分析结果见表1。

表1 叶片化学成分分析结果（质量百分数，%）

材料及标准	C	Si	Mn	S	P	Cr	Mo	Ni	Cu
1Cr12Mo	0.12	0.24	0.46	0.009	0.026	12.06	0.43	0.57	0.18
GB/T8732-2004	0.10～0.15	≤0.50	0.30～0.60	≤0.025	≤0.030	11.50～13.00	0.30～0.60	0.30～0.60	≤0.030

裂纹位于叶片出汽侧，距离叶根150mm，开裂长度约20mmm。叶片出汽侧存在1处直径2mm，深1.5mm的蚀坑，裂纹起裂部位位于蚀坑底部，沿叶片横向由出汽侧向内扩展，即裂纹扩展方向垂直于叶片高速运转过程中的离心拉应力方向。

分析结果表明，次次末级叶片主要承受由于叶片高速运行过程中离心力产生的沿叶片纵向的拉应力。通常状态下，1Cr12Mo不锈钢具有良好的耐蚀性，表面会形成一层致密稳定的氧化保护膜，但是当蒸汽中含有Cl^-、S^2-等腐蚀离子时，叶片表面的保护膜会受到侵蚀并且很快向纵深方向发展，使叶片产生腐蚀坑。而叶片蚀坑的存在更容易造成Cl^-、S^2-等腐蚀离子富集且减小叶型截面积，影响叶片的振动特性，从而造成更大的应力集中。该汽轮机次次末级叶片前后均布置有抽汽口，蒸汽湿度大且叶片经过抽汽口时不可避免地会因蒸汽压力的突变产生振动，此种振动会进一步加剧蚀坑部位的应力集中程度。

对开裂叶片的试验分析结论如下：

（1）该汽轮机次次末级叶片1Cr12Mo钢的强度高、塑韧性较差，冲击吸收能量远低于标准要求，材料性能欠佳；

（2）在拉应力和蒸汽中Cl^-、S^2-等腐蚀离子的共同作用下致使该叶片发生应力腐蚀开裂。

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