某超超臨界機組撈渣機鏈條斷裂原因分析

摘要：某超超臨界機組3號爐撈渣機運行過程中出現(xiàn)故障，經(jīng)停機檢查發(fā)現(xiàn)鏈條斷裂失效。通過宏觀檢查、成分分析、金相檢驗、硬度檢驗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，表面強度降低，在較大的彎曲應(yīng)力作用下產(chǎn)生裂紋，裂紋穿過硬化層后，在強度較低的基體中快速擴展導(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;鏈條;磨損;滲碳

0 引言

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

某超超臨界機組3號爐撈渣機運行過程中出現(xiàn)了故障，經(jīng)停機檢查發(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)過了滲碳處理，截至斷裂該鏈條已累計服役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，對此次事故中發(fā)生斷裂的鏈條進行了相關(guān)理化檢驗分析。

1 理化檢驗

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，說明鏈條上方斷口2位置服役過程中一直受由內(nèi)向外的彎曲應(yīng)力作用。鏈條上方存在明顯的磨損平臺。

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光電直讀光譜儀對來樣鏈條的化學(xué)成分進行檢驗，將檢驗結(jié)果與相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)進行對比，如表1所示，結(jié)果表明，來樣鏈條的成分符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

1.3 ? ?金相檢驗

在鏈條斷口2外環(huán)面磨損平臺位置切取金相試樣，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，斜向心部擴展。裂紋1內(nèi)部有致密灰渣，附近衍生有向其他方向擴展的小裂紋，裂紋末端尖銳，擴展性強。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

采用HMV-2T型顯微硬度計，施加1 kg載荷，加載時間為15 s，在鏈條內(nèi)側(cè)無明顯磨損位置進行硬度檢驗，每個檢測位置之間間隔0.5 mm，硬度檢驗結(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型熱場發(fā)射掃描電子顯微鏡對鏈條斷口2和金相試樣進行分析。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)生及過程是一個長期過程，裂紋斜向鏈條心部擴展，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，鏈條兩端連接處的磨損痕跡表明鏈條長期處于偏離一側(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)生和二次裂紋的擴展是一個長期過程。鏈條主斷口附近其他裂紋的存在和擴展方向驗證了斷口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展，到達基體后，由于基體強度較低，裂紋快速擴展，致使鏈條一側(cè)斷裂，此時另一側(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)，長期服役導(dǎo)致鏈條外環(huán)硬化層磨損嚴(yán)重，表面強度降低，在較大的彎曲應(yīng)力作用下產(chǎn)生裂紋。裂紋穿過硬化層后，在強度較低的基體中快速擴展導(dǎo)致鏈條一側(cè)斷裂。撈渣機在之后的服役過程中另一側(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）建議利用停機機會檢查鏈條其他位置是否存在鏈條間活動卡澀或連接處磨損偏離一側(cè)的情況，對存在嚴(yán)重磨損的鏈條和磨損明顯偏離一側(cè)的鏈條進行更換。

[參考文獻]

[1] 諶康，蔡文河，陳鑫，等.火力發(fā)電廠撈渣機鏈條斷裂原因分析[J].物理測試，2020，38（1）：36-40.

[2] 趙秋童，龍娟.撈渣機鏈條斷裂失效分析[J].低碳世界，2016（34）：69-70.

[3] 王偉旬，關(guān)桂芬.撈渣機鏈條斷裂原因分析[J].理化檢驗（物理分冊），2016（1）：71-73.

[4] 白興龍，施昌富，于飛.刮板撈渣機鏈條防磨分析[J].發(fā)電設(shè)備，2014，28（1）：52-56.

[5] 柯浩，馮硯廳，孫澎，等.電站鍋爐撈渣機鏈條斷裂原因分析[J].熱加工工藝，2012，41（12）：215-217.

收稿日期：2020-04-29

作者簡介：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。