12.5万千瓦双水内冷汽轮发电机水冷管开裂分析

断裂水管是汽轮发电机组上的冷却水管。管子材料为1Cr18Ni9Ti，内径φ10mm，壁厚2mm，以焊接方式与电机管板相连。装机后使用仅400多小时就发生管子漏水事故。拆下管子后发现在焊接处附近的拐脚部位产生穿透性裂纹。发电机工作时转速为3000r／min，冷水管随电机工作而有振动现象，该电机机组的电厂位于海边。

将漏水的管子于漏水部位打开，其断口形貌如图1所示。由断口的宏观形貌分析，具有疲劳断口的三个区：裂源区，位于管子外壁，见图中箭头所示处，裂源离焊接点约3mm左右；裂纹扩展区可观察到贝壳纹，该区断口表面呈淡褐色，表明有腐蚀现象；压断部分断口宏观上有塑性变形特征，断口表面呈金属光泽色。

断口用透射电镜观察，在疲劳区有河流花样，见图2所示。这种河流花样形貌与解理河流花样基本相似，但形成机制却不同，奥氏体不锈钢在含有氯离子的气氛中会产生沿某些特定的晶体学晶面发生腐蚀开裂，形成河流花样，而在其他情况下奥氏体钢一般不会形成解理断裂。断口除有河流花样外，还观察到疲劳辉纹，见图2所示。其上分布有与辉纹相垂直的河流花样条纹，这种疲劳辉纹通常称为脆性辉纹。腐蚀性环境条件是形成脆性疲劳辉纹的条件之一。此外在断口上还有腐蚀引起的麻坑，见图3。这种麻坑特征实际上是细小的腐蚀产物的形貌，在断口的人工打开部位，其微观形貌为韧窝，属正常的断口特征。对断口上的腐蚀产物用俄歇电子能谱仪分析，检测到含量较高的氯、氧等元素，说明有氯离子腐蚀特征。

分析结论：冷水管开裂失效属于在氯离子环境下引起的腐蚀疲劳断裂。沿海气氛提供了氯离子浓度较高的环境条件。

图1  实物

图号：图1

说明：断裂冷水管断口宏观形貌，白色箭头所示为疲劳源。

图2  TEI  4000X

图号：图2

说明：断口疲劳区电镜形貌，具有河流花样形貌。

图3   TEI   4000X

图号：图3

说明：断口疲劳区电镜图像。腐蚀疲劳特征，疲劳辉纹与河流花样相垂直。

图4   TEI   4000X

图号：图4

说明：断口上腐蚀麻点，实质上是细小的腐蚀产物形貌。