某超超临界机组捞渣机链条断裂原因分析

摘要：某超超临界机组3号炉捞渣机运行过程中出现故障，经停机检查发现链条断裂失效。通过宏观检查、成分分析、金相检验、硬度检验以及断口扫描等方法，探究了链条断裂的原因。结果表明，该链条长期处于偏离一侧的工作状态，导致链条外环侧硬化层磨损严重，表面强度降低，在较大的弯曲应力作用下产生裂纹，裂纹穿过硬化层后，在强度较低的基体中快速扩展导致断裂，另一侧链条承受交变应力，发生疲劳断裂，最终导致链条脱开。

关键词：捞渣机;链条;磨损;渗碳

0 引言

火力发电厂捞渣机主要用于及时排走锅炉燃烧产生的灰渣。链条作为捞渣机的主要牵引部件，在服役过程中长期处于高负载运行状态，且链环之间长时间相互摩擦，因此要求链条具备较高的抗拉强度及较好的耐磨性能[1-4]。捞渣机链条提前失效易造成停炉事故，影响机组的安全运行[5]。

某超超临界机组3号炉捞渣机运行过程中出现了故障，经停机检查发现是由于链条发生断裂导致失效。该链条材质为17NiCrMo6-4，规格为？准34 mm×126 mm，其表面经过了渗碳处理，截至断裂该链条已累计服役5年。为了查明本次链条断裂的原因，防止类似事故再次发生，对此次事故中发生断裂的链条进行了相关理化检验分析。

1 理化检验

1.1    宏观检查

检查断裂链条的宏观形貌，如图1所示，可见链条从断口1和断口2处断为两部分。断口1所在位置附近存在多处横向裂纹，裂纹之间距离相近，平行分布，可见断面平整清晰，断面起源于表面渗碳层，疲劳条纹明显，符合疲劳断裂特征。清洗前，断面大部分位置覆盖有渣灰沉积物，经多次超声波清洗（盐酸介质）后，仍有部分位置有渣灰沉积物残留。检查可见链条两端链接处的磨损痕迹均偏向于链条中间偏下位置，说明链条上方断口2位置服役过程中一直受由内向外的弯曲应力作用。链条上方存在明显的磨损平台。

综合断口的宏观形貌可以判定，链条初始断裂位置为断口2，该处断开后链条另一侧承受较大的交变应力且在箭头1处存在应力集中，导致箭头1处发生疲劳断裂，链条脱开。

1.2    化学成分分析

使用PDA-7000光电直读光谱仪对来样链条的化学成分进行检验，将检验结果与相应标准进行对比，如表1所示，结果表明，来样链条的成分符合标准要求。

1.3    金相检验

在链条断口2外环面磨损平台位置切取金相试样，试样经磨制抛光后，使用4%硝酸酒精溶液腐蚀，之后在Carl Zeiss Axio Observer A1m型金相显微镜下观察其金相组织。

通过观察断口2附近的金相组织，如图2所示，可见链条主断面较为平整，链条外表面有深约2.1 mm的硬化层，断口附近链条外表面存在3处裂纹，裂纹起源于渗碳层表面，斜向心部扩展。裂纹1内部有致密灰渣，附近衍生有向其他方向扩展的小裂纹，裂纹末端尖锐，扩展性强。裂纹2末端的形貌尖锐，附近有不连续的闭合型裂纹。裂纹3中链条心部晶粒细小，组织为低碳马氏体+少量铁素体。

1.4    硬度检验

采用HMV-2T型显微硬度计，施加1 kg载荷，加载时间为15 s，在链条内侧无明显磨损位置进行硬度检验，每个检测位置之间间隔0.5 mm，硬度检验结果如表2所示。厂家提供的链条技术指标要求如表3所示。链条内侧无明显磨损位置表面硬化层深度近4.4 mm，可见链条的显微硬度测试结果符合技术协议要求。

1.5    断口分析

采用Carl Zeiss Sigma300型热场发射扫描电子显微镜对链条断口2和金相试样进行分析。距离链条表面约1.5 mm位置存在一条环向裂纹，裂纹基本连续分布于链条一周，裂纹附近断口表面平整。链条心部为脆性解理断裂的断口特征。观察主断面中距离链条边缘1.5 mm处的二次裂纹形貌，可见裂纹内部填充有致密的氧化物，表明裂纹的产生及过程是一个长期过程，裂纹斜向链条心部扩展，附近组织为针状马氏体。

2 断裂原因分析

发生断裂的链条存在两个断口，宏观检查可见断口2所在位置外表面有明显的磨损平台，链条两端连接处的磨损痕迹表明链条长期处于偏离一侧的工作状态，导致该侧硬化层损耗近半，表面强度降低，在弯曲应力作用下发生断裂。

该链条的成分符合相应标准要求，表面硬化层深度和渗碳层硬度符合出厂质量指标要求。链条初始断口表面有较厚且致密的渣灰沉积物，主断口附近存在多条起源于链条渗碳层表面的裂纹，裂纹末端尖锐，斜向心部扩展。断口附近距表面1.5 mm左右的渗碳层中存在周向裂纹，裂纹斜向链条心部扩展，裂纹内部填充有致密的氧化物，表明初始裂纹的产生和二次裂纹的扩展是一个长期过程。链条主断口附近其他裂纹的存在和扩展方向验证了断口2位置承受了较大的弯曲应力。

综上所述，链条服役过程中不均匀的磨损导致链条外环表面硬化层损耗近半，表面强度降低，在弯曲应力作用下产生裂纹，裂纹在剩余的硬化层中缓慢扩展，到达基体后，由于基体强度较低，裂纹快速扩展，致使链条一侧断裂，此时另一侧承受较大的交变应力，发生疲劳断裂，最终导致该链条脱开。

3 结论

（1）该链条两端连接处处于偏离一侧的工作状态，长期服役导致链条外环硬化层磨损严重，表面强度降低，在较大的弯曲应力作用下产生裂纹。裂纹穿过硬化层后，在强度较低的基体中快速扩展导致链条一侧断裂。捞渣机在之后的服役过程中另一侧链条承受较大的交变应力，发生疲劳断裂，最终导致链条脱开。（2）建议利用停机机会检查链条其他位置是否存在链条间活动卡涩或连接处磨损偏离一侧的情况，对存在严重磨损的链条和磨损明显偏离一侧的链条进行更换。

[参考文献]

[1] 谌康，蔡文河，陈鑫，等.火力发电厂捞渣机链条断裂原因分析[J].物理测试，2020，38（1）：36-40.

[2] 趙秋童，龙娟.捞渣机链条断裂失效分析[J].低碳世界，2016（34）：69-70.

[3] 王伟旬，关桂芬.捞渣机链条断裂原因分析[J].理化检验（物理分册），2016（1）：71-73.

[4] 白兴龙，施昌富，于飞.刮板捞渣机链条防磨分析[J].发电设备，2014，28（1）：52-56.

[5] 柯浩，冯砚厅，孙澎，等.电站锅炉捞渣机链条断裂原因分析[J].热加工工艺，2012，41（12）：215-217.

收稿日期：2020-04-29

作者简介：刘炳伦（1989—），男，广东茂名人，助理工程师，研究方向：火力发电厂金属监督检验。