某超超臨界機(jī)組撈渣機(jī)鏈條斷裂原因分析

摘要：某超超臨界機(jī)組3號(hào)爐撈渣機(jī)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)故障，經(jīng)停機(jī)檢查發(fā)現(xiàn)鏈條斷裂失效。通過(guò)宏觀檢查、成分分析、金相檢驗(yàn)、硬度檢驗(yàn)以及斷口掃描等方法，探究了鏈條斷裂的原因。結(jié)果表明，該鏈條長(zhǎng)期處于偏離一側(cè)的工作狀態(tài)，導(dǎo)致鏈條外環(huán)側(cè)硬化層磨損嚴(yán)重，表面強(qiáng)度降低，在較大的彎曲應(yīng)力作用下產(chǎn)生裂紋，裂紋穿過(guò)硬化層后，在強(qiáng)度較低的基體中快速擴(kuò)展導(dǎo)致斷裂，另一側(cè)鏈條承受交變應(yīng)力，發(fā)生疲勞斷裂，最終導(dǎo)致鏈條脫開。

關(guān)鍵詞：撈渣機(jī);鏈條;磨損;滲碳

0 引言

火力發(fā)電廠撈渣機(jī)主要用于及時(shí)排走鍋爐燃燒產(chǎn)生的灰渣。鏈條作為撈渣機(jī)的主要牽引部件，在服役過(guò)程中長(zhǎng)期處于高負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)，且鏈環(huán)之間長(zhǎng)時(shí)間相互摩擦，因此要求鏈條具備較高的抗拉強(qiáng)度及較好的耐磨性能[1-4]。撈渣機(jī)鏈條提前失效易造成停爐事故，影響機(jī)組的安全運(yùn)行[5]。

某超超臨界機(jī)組3號(hào)爐撈渣機(jī)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)了故障，經(jīng)停機(jī)檢查發(fā)現(xiàn)是由于鏈條發(fā)生斷裂導(dǎo)致失效。該鏈條材質(zhì)為17NiCrMo6-4，規(guī)格為？準(zhǔn)34 mm×126 mm，其表面經(jīng)過(guò)了滲碳處理，截至斷裂該鏈條已累計(jì)服役5年。為了查明本次鏈條斷裂的原因，防止類似事故再次發(fā)生，對(duì)此次事故中發(fā)生斷裂的鏈條進(jìn)行了相關(guān)理化檢驗(yàn)分析。

1 理化檢驗(yàn)

1.1 ? ?宏觀檢查

檢查斷裂鏈條的宏觀形貌，如圖1所示，可見鏈條從斷口1和斷口2處斷為兩部分。斷口1所在位置附近存在多處橫向裂紋，裂紋之間距離相近，平行分布，可見斷面平整清晰，斷面起源于表面滲碳層，疲勞條紋明顯，符合疲勞斷裂特征。清洗前，斷面大部分位置覆蓋有渣灰沉積物，經(jīng)多次超聲波清洗（鹽酸介質(zhì)）后，仍有部分位置有渣灰沉積物殘留。檢查可見鏈條兩端鏈接處的磨損痕跡均偏向于鏈條中間偏下位置，說(shuō)明鏈條上方斷口2位置服役過(guò)程中一直受由內(nèi)向外的彎曲應(yīng)力作用。鏈條上方存在明顯的磨損平臺(tái)。

綜合斷口的宏觀形貌可以判定，鏈條初始斷裂位置為斷口2，該處斷開后鏈條另一側(cè)承受較大的交變應(yīng)力且在箭頭1處存在應(yīng)力集中，導(dǎo)致箭頭1處發(fā)生疲勞斷裂，鏈條脫開。

1.2 ? ?化學(xué)成分分析

使用PDA-7000光電直讀光譜儀對(duì)來(lái)樣鏈條的化學(xué)成分進(jìn)行檢驗(yàn)，將檢驗(yàn)結(jié)果與相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比，如表1所示，結(jié)果表明，來(lái)樣鏈條的成分符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

1.3 ? ?金相檢驗(yàn)

在鏈條斷口2外環(huán)面磨損平臺(tái)位置切取金相試樣，試樣經(jīng)磨制拋光后，使用4%硝酸酒精溶液腐蝕，之后在Carl Zeiss Axio Observer A1m型金相顯微鏡下觀察其金相組織。

通過(guò)觀察斷口2附近的金相組織，如圖2所示，可見鏈條主斷面較為平整，鏈條外表面有深約2.1 mm的硬化層，斷口附近鏈條外表面存在3處裂紋，裂紋起源于滲碳層表面，斜向心部擴(kuò)展。裂紋1內(nèi)部有致密灰渣，附近衍生有向其他方向擴(kuò)展的小裂紋，裂紋末端尖銳，擴(kuò)展性強(qiáng)。裂紋2末端的形貌尖銳，附近有不連續(xù)的閉合型裂紋。裂紋3中鏈條心部晶粒細(xì)小，組織為低碳馬氏體+少量鐵素體。

1.4 ? ?硬度檢驗(yàn)

采用HMV-2T型顯微硬度計(jì)，施加1 kg載荷，加載時(shí)間為15 s，在鏈條內(nèi)側(cè)無(wú)明顯磨損位置進(jìn)行硬度檢驗(yàn)，每個(gè)檢測(cè)位置之間間隔0.5 mm，硬度檢驗(yàn)結(jié)果如表2所示。廠家提供的鏈條技術(shù)指標(biāo)要求如表3所示。鏈條內(nèi)側(cè)無(wú)明顯磨損位置表面硬化層深度近4.4 mm，可見鏈條的顯微硬度測(cè)試結(jié)果符合技術(shù)協(xié)議要求。

1.5 ? ?斷口分析

采用Carl Zeiss Sigma300型熱場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡對(duì)鏈條斷口2和金相試樣進(jìn)行分析。距離鏈條表面約1.5 mm位置存在一條環(huán)向裂紋，裂紋基本連續(xù)分布于鏈條一周，裂紋附近斷口表面平整。鏈條心部為脆性解理斷裂的斷口特征。觀察主斷面中距離鏈條邊緣1.5 mm處的二次裂紋形貌，可見裂紋內(nèi)部填充有致密的氧化物，表明裂紋的產(chǎn)生及過(guò)程是一個(gè)長(zhǎng)期過(guò)程，裂紋斜向鏈條心部擴(kuò)展，附近組織為針狀馬氏體。

2 斷裂原因分析

發(fā)生斷裂的鏈條存在兩個(gè)斷口，宏觀檢查可見斷口2所在位置外表面有明顯的磨損平臺(tái)，鏈條兩端連接處的磨損痕跡表明鏈條長(zhǎng)期處于偏離一側(cè)的工作狀態(tài)，導(dǎo)致該側(cè)硬化層損耗近半，表面強(qiáng)度降低，在彎曲應(yīng)力作用下發(fā)生斷裂。

該鏈條的成分符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)要求，表面硬化層深度和滲碳層硬度符合出廠質(zhì)量指標(biāo)要求。鏈條初始斷口表面有較厚且致密的渣灰沉積物，主斷口附近存在多條起源于鏈條滲碳層表面的裂紋，裂紋末端尖銳，斜向心部擴(kuò)展。斷口附近距表面1.5 mm左右的滲碳層中存在周向裂紋，裂紋斜向鏈條心部擴(kuò)展，裂紋內(nèi)部填充有致密的氧化物，表明初始裂紋的產(chǎn)生和二次裂紋的擴(kuò)展是一個(gè)長(zhǎng)期過(guò)程。鏈條主斷口附近其他裂紋的存在和擴(kuò)展方向驗(yàn)證了斷口2位置承受了較大的彎曲應(yīng)力。

綜上所述，鏈條服役過(guò)程中不均勻的磨損導(dǎo)致鏈條外環(huán)表面硬化層損耗近半，表面強(qiáng)度降低，在彎曲應(yīng)力作用下產(chǎn)生裂紋，裂紋在剩余的硬化層中緩慢擴(kuò)展，到達(dá)基體后，由于基體強(qiáng)度較低，裂紋快速擴(kuò)展，致使鏈條一側(cè)斷裂，此時(shí)另一側(cè)承受較大的交變應(yīng)力，發(fā)生疲勞斷裂，最終導(dǎo)致該鏈條脫開。

3 結(jié)論

（1）該鏈條兩端連接處處于偏離一側(cè)的工作狀態(tài)，長(zhǎng)期服役導(dǎo)致鏈條外環(huán)硬化層磨損嚴(yán)重，表面強(qiáng)度降低，在較大的彎曲應(yīng)力作用下產(chǎn)生裂紋。裂紋穿過(guò)硬化層后，在強(qiáng)度較低的基體中快速擴(kuò)展導(dǎo)致鏈條一側(cè)斷裂。撈渣機(jī)在之后的服役過(guò)程中另一側(cè)鏈條承受較大的交變應(yīng)力，發(fā)生疲勞斷裂，最終導(dǎo)致鏈條脫開。（2）建議利用停機(jī)機(jī)會(huì)檢查鏈條其他位置是否存在鏈條間活動(dòng)卡澀或連接處磨損偏離一側(cè)的情況，對(duì)存在嚴(yán)重磨損的鏈條和磨損明顯偏離一側(cè)的鏈條進(jìn)行更換。

[參考文獻(xiàn)]

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收稿日期：2020-04-29

作者簡(jiǎn)介：劉炳倫（1989—），男，廣東茂名人，助理工程師，研究方向：火力發(fā)電廠金屬監(jiān)督檢驗(yàn)。