O 概述
        新疆油田公司某天然气处理站于2007年2月发生阀杆断裂事故，受其委托，我们对此次事故进行分析。
        断裂的阀杆位于该天然气处理站天然气处理工艺中干燥塔进口处，工艺介质为天然气，正常操作压力为3.OMPa，有压力波动；温度在50-200°C范围波动。该装置自1997年投产至2006年8月检修前未发生过阀杆断裂事故。2006年8月检修时更换了一批阀杆，此断裂的阀杆系此次更换的其中之一，到事故发生时仅服役不到半年时间。该阀门系美国ORBIT阀门，根据阀门的应用说明及实际使用状况，阀杆材料为ASTM420，原更换下来的阀杆材料为ASTM8620。
        1 失效原因分析
        1.1 宏观分析
        取断裂的阀杆与原更换下来的阀杆进行分析，图1-图4为断裂阀杆的宏观形貌，图1为断裂阀杆与原更换下来的阀杆比较，可以看出断裂位置位于阀杆的下部，而且在阀杆下端的机械楔形密封处（图中标注处）有大量磨痕。图2为断裂阀杆的形貌，断口与阀杆轴向基本垂直，阀杆上有大量点蚀坑，局部磨损较为严重，表面处理层遭到一定破坏。图3和图4是断日的形貌，断口沿应力集中处发生，无宏观塑性变形，为脆性断裂，断口为细瓷状疲劳断口。图4上部有一明显的撕裂台阶，此处为疲劳源区；在其下部并带有明显缺口的区域为*终快速断裂区，该区占整个断面的比例较小，说明阀杆承受的疲劳载荷较低。

图1 断裂阀杆与原更换阀杆形貌

图2 断裂阀杆形貌

图3 断裂阀杆的断形貌（一）

图4 断裂阀杆的断口形貌（二）

        以上的观察和分析表明，阀杆的断裂是低载荷脆性疲劳断裂。

表1 阀杆硬度测试结果

        1.2 硬度检测
        硬度测试结果见表1，由结果可知，断裂的阀杆*小硬度值为HRC46.8，*大硬度值为HRC50.3。更换下来的阀杆*小硬度值为HRC58.1，*大硬度值为HRC61.2，二者相关HRC11左右，但均符合技术要求（HRC33-40）的规定。
        1.3 化学成分分析
        分别在断裂的阀杆和原更换下来的阀杆上用SPEC TRO TEST CCD光谱分析仪进行化学成分分析，并与标准含量对照，结果见表2。

表2 阀杆化学分分析结果

        由表2可以看出，原更换下来的阀杆碳含量超过标准含量，且高于断裂阀杆的碳含量；原更换下来的阀杆锰含量高于断裂阀杆的锰含量，但化学成分基本符合其相应的标准规定。
        1.4 SEM断口分析
        在断裂的阀杆断口处截取试样，在扫描电子显微镜下观察，如图5-8所示。

图5 断面上的微裂纹

图6 断面上的微裂纹和疲劳纹

图7 断面上的疲劳纹

图8 断面上显微裂纹

        图5和图6可以看出断面上的显微裂纹和垂直于微裂纹的疲劳纹；图7是断面上的河流状花样，进一步说明断口的脆性断裂特征；图8为断面的高倍显微组织，可以看出分布着大量的显微裂纹。
        由SEM分析结果可知，此阀杆为脆性疲劳断裂，在断面上存在大量显微裂纹。
        2 结论及建议
        （1）由宏观分析看出，此阀杆断裂为低载荷局部应力集中疲劳断裂，断口呈脆性疲劳断裂特征。
        （2）由硬度测试可以看出，断裂的阀杆*小硬度值为HRC46.8，更换下来的阀杆*小硬度值为HRC58.1，均符合或超过技术要求（HRC3~40）。硬度值的高低表明了阀杆材料的强度和耐磨性的大小，硬度值越来大，则其强度和耐磨性就越大，反之越小，因此，从硬度值来看，更换下来的阀杆性能优于断裂阀杆。
        （3）由化学成分分析结果可以看出，除更换下来的阀杆碳含量超标外，其它成分均符合相关技术标准规定。碳含量超标是因为作为阀杆材料在使用时需要进行表面处理（如渗碳），以增加其表面强度和耐磨性，因此，两个阀杆材料均符合标准规定。
        （4）由SEM断口分析可以看出，断面上存在大量显微裂纹以及垂直于微裂纹的疲劳纹，表明阀杆的脆性疲劳断裂特征。
        （5）由以上分析可以得出结论：断裂的阀杆材料表面存在缺陷（损伤、裂纹或腐蚀），当阀杆承受弯曲应力时，导致局部氧化速度加快，产生应力集中，当阀杆同时承受低频交变应力作用时，在应力集中处产生疲劳裂纹，从而使材料的疲劳寿命降低，导致阀杆脆性断裂。
        （6）鉴于新疆油田公司某天然气处理站所使用的ORBIT阀门的特殊性，建议在阀门的维修中更换同型号同材质的配套阀杆；对2006年8月检修时更换的一批阀杆，必须进行表面无损探伤，以避免类似事故的发生。
        （7）建议阀门维修人员在阀门维修时，应当根据ORBIT阀门的使用维护技术说明，严格按照技术规定执行，确保阀杆及其它阀门零部件在安全平稳状态下运行。