楼玉民，郑宏晔，邹君文，王炯耿

（浙江省电力试验研究院，杭州 310014）

2008年6月2 日，运行人员发现某变电站220 kV正母闸刀A、B相间操作连杆断裂，闸刀型号为DR21-MH25，连杆材料为0Cr18Ni9。该闸刀于2003年投入运行，2008年6月2日发生首次断裂，运行约5年。据了解该断裂连杆机构所在线路比其它线路操作频繁。

该220 kV变电站现场见图1，箭头所指即闸刀操作连杆断裂部位。

图1 220 kV变电站现场

该变电站临近海边，连杆机构所处位置空气湿度大，空气中含盐量也较大（含氯离子），对钢材有较强的腐蚀性。

1 宏观检查

对已断裂连杆构件进行取样分析。在断裂连杆上明显有一段螺杆（与其它部件连接的螺纹段）存在腐蚀现象，断口也有明显腐蚀现象，且螺母和螺杆连接处已腐蚀卡涩，而未断连杆不存在腐蚀现象，见图2、图3。

图2 断裂的连杆构件

检查结果表明，连杆断裂部位位于T型接头根部，应力集中。断口明显分为3个区域，分别为：

（1）起源部位，区域很小。

（2）扩展部位，有明显的贝纹区（图4中灰色区域），贝纹较少但很明显，面积较小。

（3）撕裂部位（图4中暗色区域），裂纹扩展较快，断面比较粗糙，具有明显低周疲劳特征。

图3 断裂连杆断口宏观照片

图4 断口体视镜放大照

2 光谱分析

定量光谱分析结果见表1。从分析结果可以看出，未断连杆螺杆的硼和镍含量、未断连杆螺母的硼和铬含量、断裂连杆螺母的铬含量与0Cr18Ni9材料标准要求略有偏差，未断连杆螺杆、螺母以及断裂连杆螺母的成分基本符合要求。

而断裂连杆螺杆的C、Cr、Mn、Ni元素含量与0Cr18Ni9标准要求明显不符。因而判断断裂连杆螺杆与设计要求不相符。

3 断口金相组织和形貌分析

图5、6是断口中部微裂纹的微观照片，裂纹细小，呈树枝分叉，均为沿晶裂纹，有明显应力腐蚀裂纹特征。图7为裂纹附近的母材金相组织，为马氏体，图8为未断连杆母材金相组织，为奥氏体。断裂连杆和未断连杆的金相组织存在明显的差别。

图5 连杆断口微裂纹未侵蚀

图6 裂纹尖端裂纹和金相组织

图7 断裂连杆横截面母材金相组织

图8 未断连杆断口显微组织

对断裂样进行扫描电镜断口形貌分析，见图9－11。图9为断口起源区域（即图4①部位），图10为放大的贝纹区 （即图4②部位），图11为连杆中间部位区域，有明显撕裂韧窝特征。从断口扫描电镜分析，断口有明显的疲劳特征。在①部位起源，经过多次疲劳循环逐渐扩展（有明显的贝纹区），最终引起断裂。

表1 定量光谱分析元素含量结果 %

图9 断裂样贝纹区外侧

图10 贝纹区放大

图11 中间区域

4 试验分析结果

（1）光谱分析表明，断裂连杆材料成分与设计材料不相符。

（2）金相组织分析表明，断裂连杆和未断连杆金相组织有明显不同，断裂连杆为马氏体组织，未断连杆为奥氏体，这两种组织的耐腐蚀性能不同。

（3）扫描分析表明，断口是由低周疲劳造成的。

（4）宏观和微观形貌分析表明，裂纹起源位于T型接头根部应力集中、有加工刀痕和腐蚀的部位，由起源处向内扩展，并同时沿根部环向扩展，微观裂纹均为沿晶裂纹，有分叉及明显的应力腐蚀特征。断口形貌分析表明，起源部位有低周疲劳特征，扩展区域有应力腐蚀特征。

5 结语

连杆机构操作频繁，而每次闸刀动作对连杆机构的冲击力比较大，该连杆又处于潮湿易腐蚀的工作环境中，而断裂连杆所用材料（Mn含量14%，Cr含量16%）的耐腐蚀性能较差，并非设计要求采用的耐腐蚀性能好的0Cr18Ni9材料，因此非常容易造成腐蚀。

综上所述，由于断裂连杆与设计材料不符（耐腐蚀性能较差），与螺母材料不同，在接触部位易产生腐蚀，在T型接头根部产生局部腐蚀。该连杆机构在每次动作时，受到的瞬时应力较大，而应力又集中在根部，因此首先在根部产生应力腐蚀微裂纹，裂纹在多次动作应力作用下扩展，最终引起连杆断裂。

[1]张国华，李敬高.奥氏体不锈钢应力腐蚀分析研究[J].焊接技术，2002，31（6）：53-54.