2017年，辽宁某电厂在检修期间发现，中压调速汽门预启阀阀碟开裂失效。

中压缸进汽阀设计为两台联合汽门，联合汽门由中压调速汽门和中压主汽门合并在一个阀壳内，虽然它们利用一个共同的阀壳，但这两个汽门的功能是不同的，各自有独立的操作控制装置。中压调速汽门设计独立的阀碟组件，主阀碟内部设有预启阀，在阀门开启时降低主阀碟前后压差，减小阀门开启力。

图1 失效预启阀宏观形貌

对中压调速汽门进行解体检查，发现阀杆轻微积存氧化皮，衬套完好无断裂，拆除阀盖后吊出预启阀，可见预启阀止转销截面存在明显裂纹，如图1所示，已不能满足正常使用要求。

表1 中压调速汽门基本参数

失效中压调速汽门基本参数见表1；开裂阀碟材料是汽轮机用GH901高温合金，阀碟直径是290mm；销子材料是2Cr12NiMo1W1V钢，直径是85mm。

为查明该预启阀阀碟开裂失效原因，笔者对其进行了检验和分析，并提出了改进措施。

理化检验

由图1可见，止转销和阀碟结合比较紧密，从裂纹未贯穿一侧沿横截面方向机加工切开，打开裂纹贯穿一侧断口，发现断口和止转销接触面存在脱落的氧化皮。

图2 阀碟断口宏观形貌

由图2可见：断口表面颜色呈灰黑色，两断裂面啮合性好，无明显塑性变形；断面明显可分为3个区域，即A区纤维区，B区放射区，C区剪切唇区；其中B区有明显的放射状条纹，属于典型的脆性断口，放射状条纹发射的反方向指向裂纹源，即A区。

分别从阀碟近表面和中心部位取样进行化学成分分析，结果见表2。

表2 阀碟化学成分分析结果（质量分数）

对止转销取样进行化学成分分析，结果见表3。

表3 止转销化学成分分析结果（质量分数）

根据资料，阀碟材料为GH901高温合金，参照《中国航空材料手册》（第2版）第2卷对GH901材料成分的要求，阀碟表面和心部的化学成分均符合该手册技术要求。止转销化学成分分析结果满足GB/T 8732－2004 «汽轮机叶片用钢»对2Cr12NiMo1W1V钢成分的技术要求。

分别从阀碟和阀杆处取拉伸、冲击试样进行力学性能检测，取样位置见图3和图4，试验结果见表4和表5。

图3 阀碟拉伸和冲击试验取样位置

图4 阀杆拉伸和冲击试验取样位置

表4 拉伸试验结果

由表4拉伸试验结果可见：阀碟近表面及中心位置材料断后伸长率很低，材料断裂时无明显塑性变形；阀杆的抗拉强度和断后伸长率均高于阀碟的，但仍不符合《中国航空材料手册》对GH901高温合金材料的技术要求。

表5 冲击试验结果

由表5冲击试验结果可见：阀碟近表面、中心位置及阀杆的冲击吸收能量都很低，均不符合《中国航空材料手册》对GH901高温合金材料的技术要求。

对阀碟断口面取样进行金相分析，金相取样位置为图2中2号试样的纵截面和3号试样的横截面，草酸水溶液电解侵蚀，金相分析结果见图5和图6。

图5 2号试样纵截面显微组织形貌

图6 3号试样横截面抛光态形貌

由图5和图6可见：阀碟材料的显微组织主要为奥氏体和晶间碳化物；对2号试样的晶粒尺寸进行测量，晶粒度等级为2级；对3号试样抛光态形貌进行观察，发现有大量的孔洞。

扫描电镜(SEM)取样位置为图2中的A区，扫描电镜分析结果见图7和图8。

图7 A区断口SEM形貌

图8 A区断口上孔洞SEM形貌

阀碟A区断口上存在大量孔洞，见图7。部分孔洞已经连接成线，见图8a)；部分孔洞以孤立的点存在，见图8b)，孔洞直径在20~100μm。断口上没有观察到明显的疲劳断裂特征。