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汽輪機(jī)高壓噴嘴在高溫高壓下工作，工作溫度為540℃，飽合蒸汽壓壓力達(dá)10MPa。噴嘴的內(nèi)外表面承受高壓飽合蒸汽的沖刷作用，以及開機(jī)、停機(jī)間隙時在結(jié)構(gòu)縫隙處凝聚水滴的沖蝕作用，服役條件惡劣。因而，高壓噴嘴要求具有高強度和韌性、高抗熱性，耐蝕性和耐沖蝕性能優(yōu)良，熱穩(wěn)定性好及長的服役壽命。生產(chǎn)中一般要求高壓噴嘴工作壽命為8年，但生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，一些噴嘴在運行2年（約7000h）后，已發(fā)現(xiàn)多處噴嘴出現(xiàn)斷裂，導(dǎo)致汽輪機(jī)葉片受力不均和振動加劇，極易引發(fā)葉片斷裂失效等重大事故。
檢驗發(fā)現(xiàn)，高壓噴嘴多處斷裂肉眼可見，宏觀形貌呈大小不同的圓弧狀缺口；噴嘴表面損傷嚴(yán)重，可見多個腐蝕坑，其直徑約1mm左右。掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，斷裂噴嘴表面形貌呈泥巴狀，同時發(fā)現(xiàn)微裂紋出現(xiàn)，呈應(yīng)力腐蝕特征。電子探針測試腐蝕坑中含少量Si和Ca。分析認(rèn)為，這說明是受蒸汽中含Si、Ca等小顆粒與水滴沖刷腐蝕而形成腐蝕坑，也表明噴嘴表面耐沖蝕能力較差，易于形成沖蝕損傷。
分析認(rèn)為，1Cr13鋼僅適用于工作溫度為450-500℃工況下運行，而噴嘴的工作環(huán)境溫度為540℃，1Cr13鋼的熱強性和組織穩(wěn)定性不符合要求，這是工件出現(xiàn)早期失效的主要原因。從微觀上分析，碳化物聚集在晶界上，將降低材料的熱強性。改型1Cr13鋼噴嘴熱處理工藝為1050℃淬火，650-750℃回火。組織中碳化物較多存在Cr7C3和Cr23C6，而Cr7C3和Cr23C6碳化物在540℃上下很不穩(wěn)定。噴嘴處于長時間高溫應(yīng)力作用下，其上述碳化物容易析出于晶界或亞晶界上，并逐漸積累形成碳化物在晶界、亞晶界聚集和偏聚，使晶界附近明顯貧鉻。貧鉻區(qū)強度在540℃高溫下的熱強性遠(yuǎn)低于晶內(nèi)強度，同時生成的富鉻碳化物在高溫時又很易成為晶界滑移的阻礙，因而產(chǎn)生晶界與晶內(nèi)變形不協(xié)調(diào)，在應(yīng)力作用下形成應(yīng)力集中，導(dǎo)致裂紋萌生和擴(kuò)展，在長時間高溫應(yīng)力作用下使工件斷裂失效。此外，鉻不銹鋼耐水沖蝕能力較弱，含Si、Ca雜質(zhì)的水蒸氣及水滴的沖刷腐蝕作用加速噴嘴裂紋擴(kuò)展及斷裂失效。
根據(jù)以上分析，提出防止措施如下：
（1）噴嘴在540℃和l0MPa高溫高壓腐蝕環(huán)境下運行，必須添加提高鋼的耐熱性和穩(wěn)定組織的合金元素，使噴嘴熱強性和耐沖蝕性進(jìn)一步增強。
（2）噴嘴采用60kw高頻感應(yīng)加熱爐進(jìn)行局部淬火熱處理，提高其耐水沖蝕能力。
（3）凈化水質(zhì)，改進(jìn)汽輪機(jī)流通部位流通狀況及消除蒸汽水分雜質(zhì)（Si、Ca等），以減少水沖蝕的危害，延長工件服役壽命。
采用上述改進(jìn)工藝后，汽輪機(jī)高壓噴嘴斷裂缺陷不見了，而且其硬度和耐磨性都得到了很大程度的提高，滿足了生產(chǎn)技術(shù)要求。更好的是此工藝不會產(chǎn)生污染，相當(dāng)?shù)墓?jié)能環(huán)保，符合了社會發(fā)展的趨勢。
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