陳 嘯，張小伍，李興東

(哈爾濱汽輪機廠有限責任公司，哈爾濱150046)

1 事故調查

某機組在檢修過程中發現閥座上端面堆焊司太立合金處出現裂紋，閥座基體材質為1Cr9MoVNbN，堆焊司太立合金材質為鈷基6#，閥座運行溫度556℃。

2 斷口分析

2.1 斷口宏觀分析

從已經產生裂紋的閥座上取樣進行裂紋原因分析。由圖1可見，裂紋形成于司太立合金與基材接合處，在堆焊的司太立合金層延展，主裂紋長約200mm，主裂紋上可見多條次生裂紋。將裂紋面打開，其形貌見圖2，斷面呈銀白色，裂紋沿閥座基材和堆焊司太立合金接合處開裂，斷面上有一條光亮的磨損帶，在光亮的磨損帶邊緣可見放射狀條紋，裂紋從閥座內弧側起裂。

圖1 閥座裂紋形宏觀形貌

圖2 閥座斷口宏觀形貌

2.2 斷口微觀分析

在掃描電子顯微鏡下觀察打開的主裂紋斷面，斷口微觀特征見圖3，斷面是典型的脆性解理斷口。

圖3 光亮磨損處微觀形貌

圖4 內部擴展區微觀形貌

3 理化檢驗

3.1 化學成分分析

按照GB/T223“鋼鐵及合金化學分析方法”系列標準對閥座基材1Cr9MoVNbN和堆焊司太立6#進行化學分析，其化學成分分析結果均符合技術要求。

3.2 力學性能

對閥座1Cr9MoVNbN鋼進行室溫力學性能測試，測試結果見表1，鋼的室溫力學性能指標均符合技術要求。

表1 1Cr9MoVNbN鋼力學性能試驗結果

3.3 金相組織分析

對閥座試樣進行金相檢驗，金相照片見圖5，檢驗結果見表2，閥座基材和堆焊司太立合金間有一條1～2mm的白亮層，裂紋從白亮層邊緣起始，閥座鋼基材晶粒度不符合技術要求。

圖5 基材組織金相照片×100

表2 閥座1Cr9MoVNbN鋼金相檢驗結果

圖6 焊縫處白亮層裂紋照片×100

3.4 硬度檢驗

(1)按照GB/T4340“金屬維氏硬度試驗”對葉片進汽邊試樣沿司太立合金向基體進行維氏硬度測試，測試結果見表3，白亮層處維氏硬度明顯高于司太立合金處硬度。

表3 閥座金相試樣維氏硬度測試值

(2)在閥座堆焊司太立合金金相試樣上進行HRC測試，測試結果見表4，堆焊司太立6#絡氏硬度高于標準中的技術要求。

表4 閥座金相試樣HRC測試值

4 分析與討論

(1)司太立合金是一種能耐各種類型磨損和腐蝕以及高溫氧化的硬質合金［1］。耐磨堆焊其原理是用焊接方法在零件表面熔敷一層耐磨性能材料，延長其使用壽命的工藝過程［2］。耐磨鈷基合金堆焊工藝守則規定，原則上1Cr9MoVNbN鋼在堆焊司太立合金前要求堆焊鎳基過渡層，且過渡層的厚度要大于2mm。從閥座的解剖分析結果來看，閥座堆焊司太立合金前未堆焊鎳基過渡層。

(2)從閥座材質分析來看，堆焊后在閥座基材和司太立合金接合處形成一層厚度不等的高硬度白亮層，白亮層的硬度遠高于相鄰的1Cr9MoVNbN鋼和司太立合金的硬度，在很窄的區間內形成很大的硬度梯度，使該區域的韌性較低，抗沖擊能力很差。在運行過程中閥頭對閥座有很大的沖擊力，在沖擊載荷作用下在白亮硬化層處產生裂紋，裂紋沿著司太立合金及與基材接合處不斷擴展，形成大裂紋。

5 結語

(1)閥座產生裂紋的主要原因是堆焊后在閥座基材與司太立合接合處形成高硬度的硬化層。

(2)閥座堆焊司太立合金前未堆焊鎳基過渡層，對司太立合金與基材過渡區形成高硬度層有一定影響。

［1］劉玉珍，桂業煒.司太立合金的性能及應用(Ⅱ)［J］.機械工程材料.1992，6.

［2］邵元祥，鄭紅麗.鈷基合金耐磨堆焊工藝及應用［J］.鍋爐制造.2011，5.