工程材料与热处理 第5章作业题参考答案

工程材料与热处理 第5章作业题参考答案 1. 奥氏体晶粒大小与哪些因素有关,为什么说奥氏体晶粒大小直接影响冷却后钢的组织和性能, 奥氏体晶粒大小是影响使用性能的重要指标，主要有下列因素影响奥氏体晶粒大小。(1) 加热温度和保温时间。加热温度越高，保温时间越长，奥氏体晶粒越粗大。(2) 加热速度。加热速度越快，过热度越大，奥氏体的实际形成温度越高，形核率和长大速度的比值增大，则奥氏体的起始晶粒越细小，但快速加热时，保温时间不能过长，否则晶粒反而更加粗大。(3) 钢的化学成分。在一定含碳量范围内，随着奥氏体中含碳量的增加，碳在奥氏体中的扩散速度及铁的自扩散速度增大，晶粒长大倾向增加，但当含碳量超过一定限度后，碳能以未溶碳化物的形式存在，阻碍奥氏体晶粒长大，使奥氏体晶粒长大倾向减小。(4) 钢的原始组织。钢的原始组织越细，碳化物弥散速度越大，奥氏体的起始晶粒越细小，相同的加热条件下奥氏体晶粒越细小。 传统多晶金属材料的强度与晶粒尺寸的关系符合Hall-Petch关 -1/2系，即σs=σ0+kd，其中σ0和k是细晶强化常数，σs是屈服强度，d是平均晶粒直径。显然，晶粒尺寸与强度成反比关系，晶粒越细小，强度越高。然而常温下金属材料的晶粒是和奥氏体晶粒度相关的，通俗地说常温下的晶粒度遗传了奥氏体晶粒度。所以奥氏体晶粒度大小对钢冷却后的组织和性能有很大影响。奥氏体晶粒度越细小，冷却后的组织转变产物的也越细小，其强度也越高，此外塑性，韧性也较好。 2(过冷奥氏体在不同的温度等温转变时，可得到哪些转变产物,试 列表比较它们的组织和性能。 转 变组织 性能 产 物 珠珠光体是铁素体和渗碳体的机械混珠光体的力学性能介于铁素体和渗碳体之光合物，渗碳体呈层片状分布在铁素体间，强度较高，硬度适中，塑性和韧性较体 基体上。转变温度越低，层间距越小。 好。 上贝氏体组织形态呈羽毛状，在光学贝上贝氏体强度较低，塑性和韧性较差。下显微镜下，铁素体呈暗黑色，渗碳体氏贝氏体强度较高，塑性和韧性也较好，具呈亮白色。下贝氏体组织形态呈黑色体 有良好的综合力学性能。 针状。 板条状马氏体具有较高硬度、较高强度与板条状马氏体由一束束平行的长条马较好塑性和韧性相配合的良好的综合力学状晶体组成，其单个晶体的立体形态氏性能。针片状马氏体具有比板条状马氏体为板条状。针片状马氏体由互成一定体 更高的硬度，但脆性较大，塑性和韧性较角度的针状晶体组成。 差。 3.共析钢过冷奥氏体在不同温度的等温过程中，为什么550?的孕育 期最短，转变速度最快, 因为过冷奥氏体的稳定性同时由两个因素控制:一个是旧与新相之间的自由能差ΔG;另一个是原子的扩散系数D。等温温度越低，过冷度越大，自由能差ΔG也越大，则加快过冷奥氏体的转变速度;但原子扩散系数却随等温温度降低而减小，从而减慢过冷奥氏体的转变速度。高温时，自由能差ΔG起主导作用;低温时，原子扩散系数起主导作用。处于“鼻尖”温度时，两个因素综合作用的结果，使转变孕育期最短，转变速度最大。 4.判断下列说法是否正确，为什么, (1)钢在奥氏体化冷却，所形成的组织主要取决于钢的加热速度。 (2)低碳钢和高碳钢零件为了切削方便，可预先进行球化退火处理。 (3)过冷奥氏体的冷却速度越快，钢件冷却后的硬度越高。 (4)钢经淬火后处于硬脆状态。 (5)马氏体中的碳含量等于钢中的碳含量。 (1)错误，取决于钢的冷却速度。 (2)错误，低碳钢工件为了便于切削加工，预先进行热处理应进行 正火，提高硬度。而高碳钢工件则应进行球化退火(若网状渗 碳体严重则在球化退火前增加一次正火)，其目的都是为了将硬 度调整到HB200左右并细化晶粒、均匀组织、消除网状渗碳体。 (3)错误，钢的硬度主要取决于含碳量。 (4)正确。 (5)错误，钢中的含碳量是否等于马氏体的含碳量，要看加热温度。 完全奥氏体化时，钢的含碳量等于奥氏体含碳量，淬火后即为 马氏体含碳量。如果是部分奥氏体化，钢的含碳量一部分溶入 奥氏体，一部分是未溶碳化物，从而可以减轻马氏体因含碳量 过高的脆性，也能细化晶粒，此时马氏体含碳量要低于钢的含 碳量。 5.什么是Vk,其主要影响因素有哪些, Vk是指淬火临界冷却速度。其主要受化学成分的影响:亚共析钢随着含碳量的增加，C曲线右移，过冷奥氏体稳定性增加，则Vk减小，过共析钢中随着含碳量的增加，C曲线左移，过冷奥氏体稳定性减小， 则Vk增大;合金元素中，除Co和Al以外的所有合金元素，都增大过冷奥氏体稳定性，使C曲线右移，则Vk减小。 6.什么是马氏体,其组织形态和性能取决于什么因素, 马氏体是在碳在α-Fe中的过饱和固溶体。马氏体最初是在钢(中、高碳钢)中发现的:将钢加热到一定温度(形成奥氏体)后经迅速冷却(淬火)，得到的能使钢变硬、增强的一种淬火组织。其组织形态和性能取决于材料的成分和淬火速率。 7(马氏体转变有何特点,为什么说马氏体转变是一个不完全的转 变, (1)相变的无扩散性。 (2)切变共格性。 (3)新相与母相之间有一定的位向关系与惯习面。 (4)马氏体转变在一个温度范围内完成。 马氏体转变是一个不完全的转变。 由于多数钢的Mf(马氏体转变结束的温度点)在室温以下， 因此钢冷却到室温时仍有部分未转变的奥氏体存在，称之为 残余奥氏体(Ar)，随碳含量的增加，Ar也随之增加。一般 钢经过淬火后要经过深冷处理来减少Ar的量。 8.退火的主要目的是什么,生产中常用的退火方法有哪几种, 退火的主要目的是消除铸件、锻件及焊接件的工艺缺陷，改善金属 材料的加工成型性能、切削加工性能、热处理工艺性能，稳 定零件的几何尺寸。 常用的退火的方法有:完全退火，球化退火，去应力退火。 9.正火与退火相比有何异同,什么条件下正火可代替退火, 正火是将工件加热到Ac或者Ac以上一定的温度并保温一定时间，3cm 而后在空气中冷却得到珠光体型组织的热处理工艺，而退火是将工件加热到适当温度，保温一定时间再缓慢冷却而获得接近平衡组织的热处理工艺。正火与退火的不同点是正火冷却速度比退火冷却速度稍快，因而正火组织要比退火组织更细一些，其机械性能也有所提高。 正火炉外冷却不占用设备，生产率较高，因此生产中尽可能采用正火来代替退火。 生产上退火和正火工艺的选择应根据钢种,冷,热加工工艺,零件的使用性能及经济性综合考虑。 含碳量Wc<0.25% 的低碳钢,通常采用正火代替退火。因为较快的泠却速度可以防止低碳钢沿晶界析出游离三次渗碳体，从而提高冲压件的冷变形性能;用正火可以提高钢的硬度，改善低碳钢的切削加工性能，在没有其它热处理工序时，用正火可以细化晶粒,提高低碳钢的强度。 含碳量Wc=0.25,0.50% 的中碳钢也可用正火代替退火,虽然接近上限碳量的中碳钢正火后硬度偏高，但尚能进行切削加工，而且正火成本低，生产率高。 含碳量Wc=0.50,0.75% 的钢,因含碳量较高,正火后的硬度显著高于退火的情况，难以进行切削加工，故一般采用完全退火，降低硬度,改善切削加工性。 含碳量Wc>0.75%以上的高碳钢或工具钢一般均采用球化退火作为预备热处理,如有网状二次渗碳体存在,则应先进行正火消除之。 10.为什么过共析钢锻件采用球化退火而不用完全退火, 因为过共析钢采用完全退火，完全奥氏体化，加热温度高，晶粒 容易粗大，得到组织为珠光体和网状二次渗碳体，硬度较大，不 便于切削加工。球化退火，不完全奥氏体化，存在渗碳体，晶粒 不易长大，得到组织为珠光体和粒状二次渗碳体，硬度较低，机 械加工性能好。 11.为什么说淬火回火处理是钢铁材料最经济和最有效的强化手段, 钢件的淬火与回火是热处理工艺中最重要的、应用最广泛的工序。 作为各种机器零件以及工、模具的最终热处理，淬火回火决定着 钢件的最终性能。淬火能够显著提高钢件的硬度与强度。为了消 除淬火钢件的残余应力，得到不同强度、硬度、塑性、韧性配合 的综合性能，则要以合适的回火处理相结合。在实际应用中淬火 与回火是联系在一起不可分割的两种热处理工艺。 12.将两个同尺寸的T12钢试样，分别加热到780?和860?，并保温 相同时间，然后以大于vk的同一冷却速度至室温，试问: (1)哪个试样中马氏体的wc较高, (2)哪个试样中残余奥氏体量较多, (3)哪个试样中未溶碳化物较多, (4)哪个淬火加热温度较合适,为什么, (1)860?，处于完全奥氏体化区，奥氏体的含碳量即为马氏体 的含碳量。 (2)860?，奥氏体的含碳量越高，Ms和Mf就越低，残余奥氏 体就越多。 (3)780?，因为780?处于不完全奥氏体化区，还有许多未溶 碳化物。 (4)780?，处于部分奥氏体化区，加热组织为奥氏体+未溶碳化 物(阻碍晶粒长大)，晶粒细小。同时控制了奥氏体含碳量， 也就控制了马氏体含碳量，降低了马氏体脆性。淬火组织: 马氏体+未溶碳化物+残余奥氏体，保证了强度、硬度。 13(一根直径为6mm的45钢棒料，经860?淬火、160?低温回火后， 硬度为55HRC，然后从一端加热，使钢棒上各点达到图5-1所示 的温度。试问: (1)此时各点的组织是什么, (2)从图示温度缓冷至室温后各点的组织是什么, (3)从图示温度水冷至室温后各点的组织是什么, (1)150?点:低于160?，组织不变，回火马氏体 550?点:高于160?，低于A1线，相当于高温回火，组织: 回火索氏体。 750?点:高于A1线，相当于重新加热，部分奥氏体化，组织: 奥氏体+铁素体。 840?点:高于A3线，完全奥氏体化，组织:奥氏体。 950?点:高于A3线，完全奥氏体化，组织:粗大奥氏体。 (2)150?点:低于160?，缓冷到室温后，组织不变，回火马氏体 550?点:高于160?，低于A1线，相当于高温回火，缓冷到 室温后，组织:回火索氏体。 750?点:高于A1线，相当于重新加热，部分奥氏体化，缓冷到室温后，组织:珠光体+铁素体。 840?点:高于A3线，完全奥氏体化，组织:奥氏体。缓冷到室温后，组织:珠光体+铁素体。 950?点:高于A3线，完全奥氏体化，组织:粗大奥氏体。缓冷到室温后，组织:珠光体+铁素体。 (3)150?点:低于160?，水冷到室温后，组织不变，回火马氏体。 550?点:高于160?，低于A1线，相当于高温回火，水冷到室温后，组织:回火索氏体。 750?点:高于A1线，相当于重新加热，部分奥氏体化，水冷到室温后，组织:马氏体+铁素体。 840?点:高于A3线，完全奥氏体化，组织:奥氏体。水冷到室温后，组织:马氏体 950?点:高于A3线，完全奥氏体化，组织:粗大奥氏体。水冷到室温后，组织:粗大马氏体。 14. 现有20钢和40钢制造的齿轮各一个，为了提高轮齿齿面的硬度和耐磨性，宜采用何种热处理工艺,热处理后的组织和性能有何不同, 20#钢:渗碳淬火，采用淬火加低温回火的工艺。渗碳淬火后表面硬度可达HRC56,62，齿面接触强度高，耐磨性好，芯部也有较高的韧性。表面组织是高碳回火马氏体，心部组织是铁素体和 珠光体。 40#钢:表面淬火加低温回火，淬火后表面硬度可达HRC45,50，齿面接触强度高，耐磨性好，芯部较软，有较高的韧性。表面组织是回火马氏体，心部组织组织是铁素体和珠光体。 15(什么是钢的淬透性和淬硬性?它们对于钢材的使用各有何意义? 淬透性是指钢件淬火时获得马氏体的能力，淬透性与C曲线的位置有关，主要取决于合金元素的含量与种类。而淬硬性是指钢在正常淬火条件下，以超过V的速度冷却所形成的马氏体组织所能K 达到的最高硬度，淬硬性与含碳量有关，含碳量越高，得到的马氏体的硬度越高。 淬透性对钢件热处理后的力学性能有很大影响。若钢件被淬透，经回火后整个截面上的性能均匀一致;若淬透性差，钢件未被淬透，经回火后钢件表里性能不一，心部强度和韧性均较低。因此，钢的淬透性是一项重要的热处理工艺性能，对于合理选用钢材和正确制定热处理工艺具有重要意义。淬硬性主要代表钢的淬火后能达到的最高硬度，淬硬性越大则淬火后的最高硬度越大。 16(回火的目的是什么?为什么淬火工件务必要及时回火? 回火的目的: ?、减少内应力和降低脆性，淬火件存在着很大的应力和脆性，如没有及时回火往往会产生变形甚至开裂。 ?、调整工件的机械性能，工件淬火后，硬度高，脆性大，为了满足各种工件不同的性能要求，可以通过回火来调整，硬度，强度，塑性和韧性。 ?、稳定工件尺寸。通过回火可使金相组织趋于稳定，以保证在以后的使用过程中不再发生变形。 ?、改善某些合金钢的切削性能。 淬火件存在着很大的应力和脆性，如没有及时回火往往会产生变形甚至开裂。工件淬火后，硬度高，脆性大，为了满足各种工件不同的性能要求，可以通过回火来调整，硬度，强度，塑性和韧性。 17(为什么生产中对刃具、冷作模具、量具、滚动轴承等热处理常采用淬火+低温回火，对弹性零件则采用淬火+中温回火，而对轴、连杆等零件却采用淬火+高温回火? 低温回火组织为回火马氏体，基本上保持淬火钢的高硬度和高耐磨性，淬火内应力有所降低，所以生产中对刃具、冷作模具、量具、滚动轴承等热处理常采用淬火+低温回火。 中温回火后组织为回火屈氏体。具有高的屈强比，高的弹性极限和一定的韧性，淬火内应力基本消除，中温回火常用于弹性零件。 高温回火后组织为回火索氏体，具有强度、硬度、塑性和韧性都较好的综合力学性能。高温回火广泛用于汽车、拖拉机、机床等承受较大载荷的结构零件的热处理，如连杆、齿轮、轴类、高强 度螺栓等。 18(在硬度相同的条件下，为什么经调质处理的工件比正火后的工件 具有较好的力学性能? 因为正火得到的索氏体中的渗碳体是片状的，而调质处理得到的 索氏体中的渗碳体是粒状的，粒状渗碳体阻止断裂过程的发展比 片状渗碳体有利，塑性韧性好。因此，回火索氏体比索氏体组织 综合力学性能好。 19(用T12钢制造的丝锥，其成品硬度要求为,60HRC，加工工艺过 程为:轧制—?热处理1—?机加工—?热处理2—?机加工。 (1)写出各热处理工序的名称及作用: (2)制订最终热处理的工艺 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 (加热温度、冷却介质)。 (1)热处理1: 正火:细化晶粒，去除锻造应力，为下步热处理做组织准备。珠光体+渗碳体(一般呈网状分布)。 球化退火:降低正火硬度、改善切削加工性能，消除网状渗碳体，为后续淬火作组织准备。球状渗碳体+珠光体。 热处理2:淬火:提高硬度和耐磨性，满足使用所需。马氏体+残余奥氏体。低温回火:减少淬火应力，稳定尺寸，还有减少残余奥氏体量、进一步提高硬度和耐磨性的作用。回火马氏体+碳化物。 (2)第二次热处理工艺规范: 淬火 加热温度780?，保温时间30分钟，用水或盐水为淬 火介质。回火温度为200?，保温30分钟到1小时。 20( 什么是表面淬火?为什么机床主轴、齿轮等中碳钢零件常采用感应加热表面淬火? 将工件的表层迅速加热到淬火温度进行淬火的工艺方法称为表面淬火。 工件经表面淬火后，表层得到马氏体组织，具有高的硬度和耐磨性，而心部仍为淬火前的组织，具有足够的强度和韧性。与普通加热淬火相比，感应加热表面淬火加热速度快，加热时间短;淬火质量好，淬火后晶粒细小，表面硬度比普通淬火高，淬硬层深度易于控制;劳动条件好，生产率高，适宜大批量生产。机床主轴、齿轮等中碳钢零件要求表面具有高的硬度和耐磨性，而心部具有足够的强度和韧性，因此常采用感应加热表面淬火。 21(什么是化学热处理?化学热处理包括哪几个基本过程,常用的化学热处理方法有哪几种? 化学热处理是将工件置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入其表层，以改变表面化学成分、组织和性能的热处理工艺。 化学热处理包括:分解、吸收和扩散三个基本过程。 常用的化学热处理方法有:渗碳、渗氮、碳氮共渗以及渗金属 等。 22(渗碳的目的是什么?为什么渗碳零件均采用低碳钢或低碳合金钢 钢制造? 渗碳的目的是提高工件表面的硬度、耐磨性及疲劳强度，并使 其心部保持良好的塑性和韧性。 低碳钢能满足心部韧性，但表面硬度低，不耐磨;高碳钢，热 处理后表面硬度高，耐磨，但心部韧性太差，低碳钢渗碳淬火 后能很好的满足要求。 23(为什么钢经渗碳后还需进行淬火+低温回火处理? 因为钢渗碳后缓慢冷却的平衡组织为表面为过共析组织 P+Fe3C,心部则为原始的亚共析组织F+P。 II 渗碳后淬火+低温回火的组织: 表层:M回+点状碳化物+少量A’，硬度为 HRC 58-60 心部:低碳回火马氏体+F+S，硬度为HRC 30-50 因此，工件经渗碳淬火及低温回火后表面具有高的硬度和耐磨 性，而心部具有良好的韧性。 24( 经调质处理后，45钢的硬度为240HBS，若再进行200?的回火， 能否使其硬度升高,为什么,经淬火、低温回火后，45钢的硬 度为57HRC，若再进行560?的回火，能否使其硬度降低,为什么, 45钢调质后的硬度为240HBS，若再进行200?回火，不能提高硬度。因为，回火温度越高，硬度下降越多，而调质工艺就是淬火+高温回火，碳化物已经析出，铁素体回复，硬度已经下降了，不能再升高。 560?是高温回火。该钢经淬火和低温回火后硬度57HRC，若再进行高温回火，硬度可以降低。因为，回火温度越高，硬度下降越多。该钢经低温回火，组织是回火马氏体，碳化物还未析出，存在过饱和，因此，可继续提高回火温度，使得硬度降低。这也是为何经低温回火处理的碳素工具钢，不能使用很高的切削速度的原因。高速切削，摩擦生热，切削温度高于回火温度后，就相当于继续回火。 25(常用碳氮共渗的方法有哪几种?其主要目的和应用范围如何? 碳氮共渗有气体碳氮共渗和液体碳氮共渗两种，目前常用的是气体碳氮共渗。气体碳氮共渗与渗碳基本相似，常用渗剂为煤油+氮气等，加热温度为820-860?。与渗碳相比，碳氮共渗加热温度低，零件变形小，生产周期短，渗层具有较高的硬度、耐磨性和疲劳强度，常用于汽车变速箱齿轮和轴类零件。 26.固态相变有什么样的特点, (1)相变的阻力大。 (2)新相晶核与母相之间存在一定的晶体学位向关系。 (3)母相晶体缺陷对相变起促进作用。 (4)易于出现过渡相。 27.简述奥氏体的形成过程。 奥氏体的转变形成过程包括形核、长大、剩余渗碳体溶解及奥氏 体成分均匀化四个过程。 28.影响奥氏体等温形成的因素有哪些, 温度、碳含量、原始组织、合金元素 29.什么是奥氏体的本质晶粒度、起始晶粒度和实际晶粒度,晶粒大 小对钢的性能是怎样影响的, 本质晶粒度指根据 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 试验方法，在(930?10)?的温度下保持 足够长的时间(一般是3-8h)后测定的晶粒大小，表示钢在一定 条件下奥氏体晶粒长大的倾向性。 起始晶粒度指临界温度以上，奥氏体形成刚刚完成，其晶粒边界 刚刚接触时的晶粒大小。 实际晶粒度指在某一具体热处理加热条件下所得到的晶粒尺寸。 钢在一定加热条件下获得的奥氏体晶粒称为奥氏体的实际晶粒， 它的大小对于冷却转变后(热处理后)钢的性能有明显的影响。 奥氏体晶粒细小，冷却后产物组织的晶粒也细小。细晶粒组织不 仅强度、塑性比粗晶粒高，而且冲击韧性也有明显提高。因此， 钢在加热时，为了得到细小而均匀的奥氏体晶粒，必须严格控制 加热温度和保温时间。 30.影响奥氏体等温转变冷却曲线的因素有哪些, (1)成分的影响，包括碳含量和合金元素的影响。 (2)奥氏体状态的影响。 (3)应力和塑性变形的影响。 31.简述钢中珠光体的组织形态。 钢中常见的珠光体有片状珠光体和粒状珠光体两种。 片状珠光体:F和Fe3C层片相间的机械混合组织。 粒状珠光体:Fe3C以粒状分布于F基体上形成的混合组织。采用 球化处理工艺可以得到粒状珠光体组织。Fe3C的量由钢的C%决 定;Fe3C的尺寸、形状由球化工艺决定。 32.粒状珠光体获得的途径有哪些, 粒状珠光体获得的途径主要有二:其一，过冷奥氏体转变为片状 珠光体之后继续等温保持或者随后缓慢冷却，使片状渗碳体转变 为粒状渗碳体，这个过程比较漫长，因而在实际的工业生产中不 常应用;其二，控制奥氏体化的温度与时间，或者采取其他的工 艺措施，使过冷奥氏体中存在分布均匀的细小的未溶碳化物质点， 以此作为珠光体转变时的渗碳体核心，最终获得分布均匀、尺寸 一致的粒状渗碳体，这就是球化退火工艺。 33.比较钢中贝氏体的形貌、亚结构和性能。 上贝氏体形貌为粒状的、链珠状的或者短杆状的渗碳体分布于铁 素体板条之间，并且沿着铁素体板条的长轴方向排列成行，从整 体来看呈羽毛状。下贝氏体其中铁素体为简单的片状或者透镜状， 各铁素体片之间存在一定的交角，而颗粒状或者细片状的碳化物 分布在铁素体片的内部，在放大倍数不是很高的光学显微镜下表 现为典型的针状。 上贝氏体和下贝氏体铁素体中的亚结构均为位错，不存在孪晶亚 结构。 贝氏体具有较高的强度和硬度，由于下贝氏体铁素体中碳含量过 饱和程度比较大，且其中碳化物主要分布于铁素体内部，而不是 板条之间，因此下贝氏体硬度与强度要高于上贝氏体。 34.简述钢中马氏体的组织形态、亚结构和性能。 马氏体的组织形态为板条状马氏体和片状马氏体。板条状马氏体 的亚结构为位错，片状马氏体的亚结构为细小相变孪晶。马氏体 机械性能的显著特点是高强度和高硬度。 35.简述马氏体转变的特点。 (1)相变的无扩散性。 (2)切变共格性。 (3)具有一定的位向关系与惯习面。 (4)马氏体转变在一个温度范围内完成。 (5)马氏体的可逆转变与形状记忆效应。 36.比较过冷奥氏体等温转变冷却曲线和连续冷却曲线的异同点。 在连续冷却条件下，钢的过冷奥氏体转变是在一个等温范围内发 生的，这样的连续冷却转变实际上可以看作是一系列温度相差很 小的、等温保持时间很短的等温转变过程所组成，这样的连续冷 却转变产物也可以看作是不同温度下等温转变产物的混合物。 若将过冷奥氏体等温转变图与过冷奥氏体连续冷却转变图画在同 一个温度-时间坐标图中，可以发现过冷奥氏体连续冷却转变图的 位置在其等温转变图的右下方。这说明在连续冷却条件下过冷奥 氏体要在比较低的温度下经过较长的孕育期才开始转变。 37.什么是钢的退火,试述退火的种类和用途。 钢的退火是将组织偏离平衡状态的合金加热到适当的温度，保温 以后缓慢冷却而获得接近平衡组织的热处理工艺。 (1)扩散退火:主要用于消除铸件或锻坯在凝固过程中产生的枝 晶偏析或者区域偏析。 (2)完全退火:主要用于碳的质量分数在0.25%-0.60%之间的中 碳钢，目的是消除组织的内应力，细化晶粒，降低材料的硬 度，改善其切削性能。 (3)不完全退火:对于亚共析钢，作用是改变了珠光体的层间距， 以达到降低硬度，消除内应力和改善切削性能的目的。对于 过共析钢的不完全退火实际上是球化退火的一种。 (4)球化退火:主要用于共析钢、过共析钢和合金工具钢，通过 球化退火，使钢中的渗碳体球状化，或获得球状的珠光体， 目的是降低钢件硬度，均匀组织，改善切削性能，同时也为 随后的淬火处理做好准备。 (5)去应力退火:为了消除钢材由于变形加工以及铸造、轧制、 锻造和焊接过程引起的残余内应力而进行的退火。 (6)再结晶退火:经过变形后的金属加热到再结晶温度以上，保 持适当时间，使形变晶粒重新转变为均匀的等轴晶粒，以消 除形变强化和残余应力的热处理工艺。 38.什么是钢的正火,比较钢的正火和退火的应用。 正火是将钢加热到Ac3(或Acm)以上适当温度,保温以后在空气中 冷却得到珠光体类组织的热处理工艺。 生产上退火和正火工艺的选择应根据钢种,冷,热加工工艺,零件的使用性能及经济性综合考虑。 含碳量Wc<0.25% 的低碳钢,通常采用正火代替退火。因为较快的泠却速度可以防止低碳钢沿晶界析出游离三次渗碳体，从而提高冲压件 的冷变形性能;用正火可以提高钢的硬度，改善低碳钢的切削加工性能，在没有其它热处理工序时，用正火可以细化晶粒,提高低碳钢的强度。 含碳量Wc=0.25,0.50% 的中碳钢也可用正火代替退火,虽然接近上限碳量的中碳钢正火后硬度偏高，但尚能进行切削加工，而且正火成本低，生产率高。 含碳量Wc=0.50,0.75% 的钢,因含碳量较高,正火后的硬度显著高于退火的情况，难以进行切削加工，故一般采用完全退火，降低硬度,改善切削加工性。 含碳量Wc>0.75%以上的高碳钢或工具钢一般均采用球化退火作为预备热处理,如有网状二次渗碳体存在,则应先进行正火消除之。 39.什么是钢的淬火和回火,其目的是什么, 把钢加热到临界点Ac1或Ac3以上，保温，并随后以大于临界冷 却速度的冷速进行冷却，得到介稳状态的马氏体或下贝氏体组织 的热处理工艺称为淬火。 所谓回火是将淬火钢件加热至Ac1点以下某一温度，保温一段时 间(通常为1-2h)后，以适当的方式冷却至室温，以使淬火组织 转变为稳定的回火组织的热处理工艺。 淬火的主要目的是使奥氏体化的钢件获得尽可能多的马氏体，并 且与合适的回火处理相配合而得到各种要求的综合性能。 淬火钢回火的目的如下: (1)、消除内应力。通过回火减小或消除工件在淬火时产生的内应力，防止工件在使用过程中的变形和开裂。 (2)、获得所需要的力学性能。通过回火可提高钢的韧性，适当调整钢的强度和硬度，使工件具有较好的综合力学性能。 (3)、稳定组织和尺寸。回火可使钢的组织稳定，从而保证工件在使用过程中尺寸稳定。 40.如何选择不同碳钢的淬火温度,为什么, 淬火加热温度主要根据钢的相变临界点确定，即Ac1、Ac3、Acm的位置。通常情况下，亚共析钢的淬火加热温度在Ac3以上30-50?;共析钢与过共析钢的淬火加热温度在Ac1以上30-50?。对于亚共析钢，其淬火加热温度若在Ac3以下，则淬火后会出现铁素体，不但使硬度、强度降低，而且硬度不均匀;而其淬火加热温度超过Ac3点过多时，则奥氏体晶粒粗大，淬火后得到粗大的马氏体组织。对于过共析钢，其淬火加热温度为Ac1以上30-50?时，奥氏体晶粒比较细小，并保留有一定数量的未溶碳化物质点，淬火后得到隐晶马氏体和均匀分布的粒状碳化物，钢件不仅具有高的硬度、强度和耐磨性，而且也具有比较好的韧性。若过共析钢的淬火加热温度超过Acm，则碳化物将全部溶入奥氏体中，使奥氏体碳含量升高，降低钢件的Ms点和Mf点，淬火后残余奥氏体量增多，降低钢件的硬度和耐磨性;而且淬火加热温度过高，奥氏体晶粒粗大，淬火后易得到粗大的片状马氏体组织， 并存在显微裂纹，钢件脆性增大，机械性能恶化;此外，淬火加 热温度过高，氧化脱碳严重，也会增大淬火应力，从而增大钢件 的变形与开裂倾向。 41.请比较钢的淬透性、淬硬性和具体零件实际条件下的淬硬层深度， 并理解淬透性和淬硬性的根本区别。 淬透性是指钢件淬火时获得马氏体的能力。而淬硬性是指钢在正常淬火条件下，以超过V的速度冷却所形成的马氏体组织所能达到的K 最高硬度。 具体零件实际条件下的淬硬层深度是指钢的表面至内部马氏体组织占50,处的距离来表示。淬透层越深，钢的淬透性越好。 钢的淬透性和淬硬性是两种完全不同的概念。钢的淬硬性是指钢在理想条件下淬火能达到最高硬度的能力，它主要取决于马氏体的碳含量，含碳量越高，得到的马氏体的硬度越高。淬透性与C曲线的位置有关，主要取决于合金元素的含量与种类。淬透性好的钢，其淬硬性不一定高。如低碳合金钢的淬透性相当好，但它的淬硬性却不高，再如高碳工具钢的淬透性较差，但其淬硬性高。 42.淬火冷却时有哪些冷却方法, 单液淬火、双液淬火、分级淬火、等温淬火、喷射淬火、冷处理。 43.钢的回火分为哪几类,简单说明其应用。 根据回火温度的变化，回火工艺可以分为低温回火、中温回火和 高温回火三类。 对于要求高强度、高硬度、高耐磨性以及一定韧性的工件，淬火 后都要求进行低温回火。中温回火主要应用于弹簧钢和热锻模具。 高温回火主要应用于中碳碳素结构钢或低合金结构钢制造的各类 机械零件。 44.什么是钢的表面淬火,其目的是什么, 将工件的表层迅速加热到淬火温度进行淬火的工艺方法称为表面淬火。 其目的是:组织上，使表层被淬硬为马氏体，而心部仍为未淬火的组织(退火、正火、调质状态的组织)。性能上，使钢的表面具有高的强度、硬度、高耐磨性和疲劳极限，而心部仍保持足够的塑性和韧性。 45.什么是钢的化学热处理,其目的是什么, 化学热处理是将工件置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入其表层，以改变表面化学成分、组织和性能的热处理工艺。它可以获得单一材料难以获得的性能，或进一步提高金属工作的使用性能 电厂分散控制系统故障分析与处理 作者: 单位: 摘要:归纳、分析了电厂DCS系统出现的故障原因，对故障处理的过程及注意事项进行了说明。为提高分散控制系统可靠性，从管理角度提出了一些预防措施建议，供参考。 关键词:DCS 故障统计分析 预防措施 随着机组增多、容量增加和老机组自动化化改造的完成，分散控制系统以其系统和网络结构的先进性、控制软件功能的灵活性、人机接口系统的直观性、工程 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 和维护的方便性以及通讯系统的开放性等特点，在电力生产过程中得到了广泛应用，其功能在DAS、MCS、BMS、SCS、DEH系统成功应用的基础上，正逐步向MEH、BPC、ETS和ECS方向扩展。但与此同时，分散控制系统对机组安全经济运行的影响也在逐渐增加;因此如何提高分散控制系统的可靠性和故障后迅速判断原因的能力，对机组的安全经济运行至关重要。本文通过对浙江电网机组分散控制系统运行中发生的几个比较典型故障案例的分析处理，归纳出提高分散系统的可靠性的几点建议，供同行参考。 1 考核故障统计 浙江省电力行业所属机组，目前在线运行的分散控制系统，有TELEPERM-ME、MOD300，INFI-90，NETWORK-6000， MACS?和MACS-?，XDPS-400，A/I。DEH有TOSAMAP-GS/C800， DEH-IIIA等系统。笔者根据各电厂安全简报记载，将近几年因分散控制系统异常而引起的机组故障次数及定性统计于表1 表1 热工考核故障定性统计 2 热工考核故障原因分析与处理 根据表1统计，结合笔者参加现场事故原因分析查找过程了解到的情况，下面将分散控制系统异常(浙江省电力行业范围内)而引起上述机组设备二类及以上故障中的典型案例分类浅析如下: 2.1 测量模件故障典型案例分析 测量模件“异常”引起的机组跳炉、跳机故障占故障比例较高，但相对来讲故障原因的分析查找和处理比较容易，根据故障现象、故障首出信号和SOE记录，通过分析判断和试验，通常能较快的查出“异常”模件。这种“异常”模件有硬性故障和软性故障二种，硬性故障只能通过更换有问题模件，才能恢复该系统正常运行;而软性故障通过对模件复位或初始化，系统一般能恢复正常。比较典型的案例有三种: (1)未冗余配置的输入/输出信号模件异常引起机组故障。如有台130MW机组正常运行中突然跳机，故障首出信号为“轴向位移大?”，经现场检查，跳机前后有关参数均无异常，轴向位移实际运行中未达到报警值保护动作值，本特利装置也未发讯，但LPC模件却有报警且发出了跳机指令。因此分析判断跳机原因为DEH主保护中的LPC模件故障引起，更换LPC模件后没有再发生类似故障。另一台600MW机组，运行中汽机备用盘上“汽机轴承振动高”、“汽机跳闸”报警，同时汽机高、中压主汽门和调门关闭，发电机逆功率保护动作跳闸;随即高低压旁路快开，磨煤机B跳闸，锅炉因“汽包水位低低”MFT。经查原因系,1高压调门因阀位变送器和控制模件异常，使调门出现大幅度晃动直至故障全关，过程中引起,1轴承振动高高保护动作跳机。更换,1高压调门阀位控制卡和阀位变送器后，机组启动并网，恢复正常运行。 (2)冗余输入信号未分模件配置，当模件故障时引起机组跳闸:如有一台600MW机组运行中汽机跳闸，随即高低压旁路快开，磨煤机B和D相继跳闸，锅炉因“炉膛压力低低”MFT。当时因系统负荷紧张，根据SOE及DEH内部故障记录，初步判断的跳闸原因而强制汽机应力保护后恢复机组运行。二日后机组再次跳闸，全面查找分析后，确认2次机组跳闸原因均系DEH系统三路“安全油压力低”信号共用一模件，当该模件异常时导致汽轮机跳闸，更换故障模件后机组并网恢复运行。另一台200MW机组运行中，汽包水位高?值，?值相继报警后MFT保护动作停炉。查看CRT上汽包水位，2点显示300MM，另1点与电接点水位计显示都正常。进一步检查显示300MM 的2点汽包水位信号共用的模件故障，更换模件后系统恢复正常。针对此类故障，事后热工所采取的主要反事故措施，是在检修中有针对性地对冗余的输入信号的布置进行检查，尽可能地进行分模件处理。 (3)一块I/O模件损坏，引起其它I/O模件及对应的主模件故障:如有台机组 “CCS控制模件故障"及“一次风压高低”报警的同时， CRT上所有磨煤机出口温度、电流、给煤机煤量反馈显示和总煤量百分比、氧量反馈，燃料主控BTU输出消失，F磨跳闸(首出信号为“一次风量低”)。4分钟后 CRT上磨煤机其它相关参数也失去且状态变白色，运行人员手动MFT(当时负荷410MW)。经检查电子室制粉系统过程控制站(PCU01柜MOD4)的电源电压及处理模件底板正常，二块MFP模件死机且相关的一块CSI模件((模位1-5-3，有关F磨CCS参数)故障报警，拔出检查发现其5VDC逻辑电源输入回路、第4输出通道、连接MFP的I/O扩展总线电路有元件烧坏(由于输出通道至BCS(24VDC)，因此不存在外电串入损坏元件的可能)。经复位二块死机的MFP模件，更换故障的CSI模件后系统恢复正常。根据软报警记录和检查分析，故障原因是CSI模件先故障，在该模件故障过程中引起电压波动或I/O扩展总线故障，导致其它I/O模件无法与主模件MFP03通讯而故障，信号保持原值，最终导致 主模件MFP03故障(所带A-F磨煤机CCS参数)，CRT上相关的监视参数全部失去且呈白色。 2.2 主控制器故障案例分析 由于重要系统的主控制器冗余配置，大大减少了主控制器“异常”引发机组跳闸的次数。主控制器“异常”多数为软故障，通过复位或初始化能恢复其正常工作，但也有少数引起机组跳闸，多发生在双机切换不成功时，如: (1)有台机组运行人员发现电接点水位计显示下降，调整给泵转速无效，而CRT上汽包水位保持不变。当电接点水位计分别下降至甲-300mm，乙-250mm，并继续下降且汽包水位低信号未发，MFT未动作情况下，值长令手动停炉停机，此时CRT上调节给水调整门无效，就地关闭调整门;停运给泵无效，汽包水位急剧上升，开启事故放水门，甲、丙给泵开关室就地分闸，油泵不能投运。故障原因是给水操作站运行DPU死机，备用DPU不能自启动引起。事后热工对给泵、引风、送风进行了分站控制，并增设故障软手操。 (2)有台机组运行中空预器甲、乙挡板突然关闭，炉膛压力高MFT动作停炉;经查原因是风烟系统I/O站DPU发生异常，工作机向备份机自动切换不成功引起。事后电厂人员将空预器烟气挡板甲1、乙1和甲2、乙2两组控制指令分离，分别接至不同的控制站进行控制，防止类似故障再次发生。 2.3 DAS系统异常案例分析 DAS系统是构成自动和保护系统的基础，但由于受到自身及接地系统的可靠性、现场磁场干扰和安装调试质量的影响，DAS信号值瞬间较大幅度变化而导致保护系统误动，甚至机组误跳闸故障在我省也有多次发生，比较典型的这类故障有: (1)模拟量信号漂移:为了消除DCS系统抗无线电干扰能力差的缺陷，有的DCS厂家对所有的模拟量输入通道加装了隔离器，但由此带来部分热电偶和热电阻通道易电荷积累，引起信号无规律的漂移，当漂移越限时则导致保护系统误动作。我省曾有三台机组发生此类情况(二次引起送风机一侧马达线圈温度信号向上漂移跳闸送风机，联跳引风机对应侧)，但往往只要松一下端子板接线(或拆下接线与地碰一下)再重新接上，信号就恢复了正常。开始热工人员认为是端子柜接地不好或者I/O屏蔽接线不好引起，但处理后问题依旧。厂家多次派专家到现场处理也未能解决问题。后在机组检修期间对系统的接地进行了彻底改造，拆除原来连接到电缆桥架的AC、DC接地电缆;柜内的所有备用电缆全部通过导线接地;UPS至DCS电源间增加1台20kVA的隔离变压器，专门用于系统供电，且隔离变压器的输出端N线与接地线相连，接地线直接连接机柜作为系统的接地。同时紧固每个端子的接线;更换部份模件并将模件的软件版本升级等。使漂移现象基本消除。 (2)DCS故障诊断功能设置不全或未设置。信号线接触不良、断线、受干扰，使信号值瞬间变化超过设定值或超量程的情况，现场难以避免，通过DCS模拟量信号变化速率保护功能的正确设置，可以避免或减少这类故障引起的保护系统误动。但实际应用中往往由于此功能未设置或设置不全，使此类故障屡次发生。如一次风机B跳闸引起机组RB动作，首出信号为轴承温度高。经查原因是由于测温热电阻引线是细的多股线，而信号电缆是较粗的 单股线，两线采用绞接方式，在震动或外力影响下连接处松动引起轴承温度中有点信号从正常值突变至无穷大引起(事后对连接处进行锡焊处理)。类似的故障有:民工打扫现场时造成送风机轴承温度热电阻接线松动引起送风机跳闸;轴承温度热电阻本身损坏引起一次风机跳闸;因现场干扰造成推力瓦温瞬间从99?突升至117?，1秒钟左右回到99?，由于相邻第八点已达85?，满足推力瓦温度任一点105?同时相邻点达85?跳机条件而导致机组跳闸等等。预防此类故障的办法，除机组检修时紧固电缆和电缆接线，并采用手松拉接线方式确认无接线松动外，是完善DCS的故障诊断功能，对参与保护连锁的模拟量信号，增加信号变化速率保护功能尤显重要(一当信号变化速率超过设定值，自动将该信号退出相应保护并报警。当信号低于设定值时，自动或手动恢复该信号的保护连锁功能)。 (3)DCS故障诊断功能设置错误:我省有台机组因为电气直流接地，保安1A段工作进线开关因跳闸，引起挂在该段上的汽泵A的工作油泵A连跳，油泵B连锁启动过程中由于油压下降而跳汽泵A，汽泵B升速的同时电泵连锁启动成功。但由于运行操作速度过度，电泵出口流量超过量程，超量程保护连锁开再循环门，使得电泵实际出水小，B泵转速上升到5760转时突然下降1000转左右(事后查明是抽汽逆止阀问题)，最终导致汽包水位低低保护动作停炉。此次故障是信号超量程保护设置不合理引起。一般来说，DAS的模拟量信号超量程、变化速率大等保护动作后，应自动撤出相应保护，待信号正常后再自动或手动恢复保护投运。 2.4 软件故障案例分析 分散控制系统软件原因引起的故障，多数发生在投运不久的新软件上，运行的老系统发生的概率相对较少，但一当发生，此类故障原因的查找比较困难，需要对控制系统软件有较全面的了解和掌握，才能通过分析、试验，判断可能的故障原因，因此通常都需要厂家人员到现场一起进行。这类故障的典型案例有三种: (1)软件不成熟引起系统故障:此类故障多发生在新系统软件上，如有台机组80%额定负荷时，除DEH画面外所有DCS的CRT画面均死机(包括两台服务器)，参数显示为零，无法操作，但投入的自动系统运行正常。当时采取的措施是:运行人员就地监视水位，保持负荷稳定运行，热工人员赶到现场进行系统重启等紧急处理，经过30分钟的处理系统恢复正常运行。故障原因经与厂家人员一起分析后，确认为DCS上层网络崩溃导致死机，其过程是服务器向操作员站发送数据时网络阻塞，引起服务器与各操作员站的连接中断，造成操作员站读不到数据而不停地超时等待，导致操作员站图形切换的速度十分缓慢(网络任务未死)。针对管理网络数据阻塞情况，厂家修改程序考机测试后进行了更换。另一台机组曾同时出现4台主控单元“白灯”现象，现场检查其中2台是因为A机备份网停止发送，1台是A机备份网不能接收，1台是A机备份网收、发数据变慢(比正常的站慢几倍)。这类故障的原因是主控工作机的网络发送出现中断丢失，导致工作机发往备份机的数据全部丢失，而双机的诊断是由工作机向备份机发诊断申请，由备份机响应诊断请求，工作机获得备份机的工作状态，上报给服务器。由于工作机的发送数据丢失，所以工作机发不出申请，也就收不到备份机的响应数据，认为备份机故障。临时的解决方法是 当长时间没有正确发送数据后，重新初始化硬件和软件，使硬件和软件从一个初始的状态开始运行，最终通过更新现场控制站网络诊断程序予以解决。 (2)通信阻塞引发故障:使用TELEPERM-ME系统的有台机组，负荷300MW时,运行人员发现煤量突减，汽机调门速关且CRT上所有火检、油枪、燃油系统均无信号显示。热工人员检查发现机组EHF系统一柜内的I/O BUS接口模件ZT报警灯红闪，操作员站与EHF系统失去偶合，当试着从工作站耦合机进入OS250PC软件包调用EHF系统时，提示不能访问该系统。通过查阅DCS手册以及与SIEMENS专家间的电话分析讨论，判断故障原因最大的可能是在三层CPU切换时，系统处理信息过多造成中央CPU与近程总线之间的通信阻塞引起。根据商量的处理 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 于当晚11点多在线处理，分别按三层中央柜的同步模件的SYNC键，对三层CPU进行软件复位:先按CPU1的SYNC键，相应的红灯亮后再按CPU2的SYNC键。第二层的同步红灯亮后再按CPU3的同步模件的SYNC键，按3秒后所有的SYNC的同步红灯都熄灭，系统恢复正常。 (3)软件安装或操作不当引起:有两台30万机组均使用Conductor NT 5.0作为其操作员站，每套机组配置3个SERVER和3个CLIENT，三个CLIENT分别配置为大屏、值长站和操作员站,机组投运后大屏和操作员站多次死机。经对全部操作员站的SERVER和CLIENT进行全面诊断和多次分析后，发现死机的原因是:1)一台SERVER因趋势数据文件错误引起它和挂在它上的CLIENT在当调用趋势画面时画面响应特别缓慢(俗称死机)。在删除该趋势数据文件后恢复正常。2)一台SERVER因文件类型打印设备出错引起该SERVER的内存全部耗尽，引起它和挂在它上的CLIENT的任何操作均特别缓慢，这可通过任务管理器看到DEV.EXE进程消耗掉大量内存。该问题通过删除文件类型打印设备和重新组态后恢复正常。3)两台大屏和工程师室的CLIENT因声音程序没有正确安装，当有报警时会引起进程CHANGE.EXE调用后不能自动退出，大量的CHANGE.EXE堆积消耗直至耗尽内存，当内存耗尽后，其操作极其缓慢(俗称死机)。重新安装声音程序后恢复正常。此外操作员站在运行中出现的死机现象还有二种:一种是鼠标能正常工作，但控制指令发不出，全部或部分控制画面不会刷新或无法切换到另外的控制画面。这种现象往往是由于CRT上控制画面打开过多，操作过于频繁引起，处理方法为用鼠标打开VMS系统下拉式菜单，RESET应用程序，10分钟后系统一般就能恢复正常。另一种是全部控制画面都不会刷新，键盘和鼠标均不能正常工作。这种现象往往是由操作员站的VMS操作系统故障引起。此时关掉OIS电源，检查各部分连接情况后再重新上电。如果不能正常启动，则需要重装VMS操作系统;如果故障诊断为硬件故障，则需更换相应的硬件。 (4)总线通讯故障:有台机组的DEH系统在准备做安全通道试验时，发现通道选择按钮无法进入，且系统自动从“高级”切到“基本级”运行，热控人员检查发现GSE柜内的所有输入/输出卡(CSEA/CSEL)的故障灯亮, 经复归GSE柜的REG卡后，CSEA/CSEL的故障灯灭，但系统在重启“高级” 时，维护屏不能进入到正常的操作画面呈死机状态。根据报警信息分析，故障原因是系统存在总线通讯故障及节点故障引起。由于阿尔斯通DEH系统无冗余 配置，当时无法处理，后在机组调停时，通过对基本级上的REG卡复位，系统恢复了正常。 (5)软件组态错误引起:有台机组进行#1中压调门试验时，强制关闭中间变量IV1RCO信号，引起#1-#4中压调门关闭，负荷从198MW降到34MW，再热器压力从2.04MP升到4.0Mpa,再热器安全门动作。故障原因是厂家的DEH组态，未按运行方式进行，流量变量本应分别赋给IV1RCO-IV4RCO，实际组态是先赋给IV1RCO，再通过IV1RCO分别赋给IV2RCO-IV4RCO。因此当强制IV1RCO=0时，所有调门都关闭，修改组态文件后故障消除。 2.5 电源系统故障案例分析 DCS的电源系统，通常采用1:1冗余方式(一路由机组的大UPS供电，另一路由电厂的保安电源供电)，任何一路电源的故障不会影响相应过程控制单元内模件及现场I/O模件的正常工作。但在实际运行中，子系统及过程控制单元柜内电源系统出现的故障仍为数不少，其典型主要有: (1)电源模件故障:电源模件有电源监视模件、系统电源模件和现场电源模件3种。现场电源模件通常在端子板上配有熔丝作为保护，因此故障率较低。而前二种模件的故障情况相对较多:1)系统电源模件主要提供各不同等级的直流系统电压和I/O模件电压。该模件因现场信号瞬间接地导致电源过流而引起损坏的因素较大。因此故障主要检查和处理相应现场I/O信号的接地问题，更换损坏模件。如有台机组负荷520MW正常运行时MFT，首出原因“汽机跳闸"。CRT画面显示二台循泵跳闸，备用盘上循泵出口阀,86?信号报警。5分钟后运行巡检人员就地告知循泵A、B实际在运行，开关室循泵电流指示大幅晃动且A大于B。进一步检查机组PLC诊断画面，发现控制循泵A、B的二路冗余通讯均显示“出错”。43分钟后巡检人员发现出口阀开度小就地紧急停运循泵A、B。事后查明A、B两路冗余通讯中断失去的原因，是为通讯卡提供电源支持的电源模件故障而使该系统失电，中断了与PLC主机的通讯，导致运行循泵A、B状态失去，凝汽器保护动作，机组MFT。更换电源模件后通讯恢复正常。事故后热工制定的主要反事故措施，是将两台循泵的电流信号由PLC改至DCS的CRT显示，消除通信失去时循泵运行状态无法判断的缺陷;增加运行泵跳闸关其出口阀硬逻辑(一台泵运行，一台泵跳闸且其出口阀开度,30度，延时15秒跳运行泵硬逻辑;一台泵运行，一台泵跳闸且其出口阀开度,0度，逆转速动作延时30秒跳运行泵硬逻辑);修改凝汽器保护实现方式。2)电源监视模件故障引起:电源监视模件插在冗余电源的中间，用于监视整个控制站电源系统的各种状态，当系统供电电压低于规定值时，它具有切断电源的功能，以免损坏模件。另外它还提供报警输出触点，用于接入硬报警系统。在实际使用中，电源监视模件因监视机箱温度的2个热敏电阻可靠性差和模件与机架之间接触不良等原因而故障率较高。此外其低电压切断电源的功能也会导致机组误跳闸， 如有台机组满负荷运行，BTG盘出现“CCS控制模件故障”报警，运行人员发现部分CCS操作框显示白色，部分参数失去，且对应过程控制站的所有模件显示白色，6s后机组MFT，首出原因为“引风机跳闸”。约2分钟后CRT画面显示恢复正常。当时检查系统未发现任何异常(模件无任何故障痕迹，过程控制站的通讯卡切换试验正常)。机组重新启动并网运行也未发现任何问题。事后与厂家技术人员一起专题分析讨论，并利用其它机组小修机会对控制系统模拟试验验证后，认为事件原因是由于该过程控制站的系统供电电压瞬间低于规定值时，其电源监视模件设置的低电压保护功能作用切断了电源，引起控制站的系统电源和24VDC、5VDC或15VDC的瞬间失去，导致该控制站的所有模件停止工作(现象与曾发生过的24VDC接地造成机组停机事件相似)，使送、引风机调节机构的控制信号为0，送风机动叶关闭(气动执行机构)，引风机的电动执行机构开度保持不变(保位功能)，导致炉膛压力低，机组MFT。 (2)电源系统连接处接触不良:此类故障比较典型的有:1)电源系统底板上5VDC电压通常测量值在5.10,5.20VDC之间，但运行中测量各柜内进模件的电压很多在5V以下，少数跌至4.76VDC左右，引起部分I/O卡不能正常工作。经查原因是电源底板至电源母线间连接电缆的多芯铜线与线鼻子之间，表面上接触比较紧，实际上因铜线表面氧化接触电阻增加，引起电缆温度升高，压降增加。在机组检修中通过对所有5VDC电缆铜线与线鼻子之间的焊锡处理，问题得到解决。2)MACS-?DCS运行中曾在两个月的运行中发生2M801工作状态显示故障而更换了13台主控单元，但其中的多数离线上电测试时却能正常启动到工作状态，经查原因是原主控5V电源，因线损和插头耗损而导致电压偏低;通过更换主控间的冗余电缆为预制电缆;现场主控单元更换为2M801E-D01，提升主控工作电源单元电压至5.25V后基本恢复正常。3)有台机组负荷135MW时，给水调门和给水旁路门关小，汽包水位急速下降引发MFT。事后查明原因是给水调门、给水旁路门的端子板件电源插件因接触不良，指令回路的24V电源时断时续，导致给水调门及给水旁路门在短时内关下，汽包水位急速下降导致MFT。4)有台机组停炉前，运行将汽机控制从滑压切至定压后，发现DCS上汽机调门仍全开，主汽压力4260kpa，SIP上显示汽机压力下降为1800kpa，汽机主保护未动作，手动拍机。故障原因系汽机系统与DCS、汽机显示屏通讯卡件BOX1电源接触点虚焊、接触不好，引起通讯故障，使DCS与汽机显示屏重要数据显示不正常，运行因汽机重要参数失准手动拍机。经对BOX1电源接触点重新焊接后通讯恢复。5)循泵正常运行中曾发出#2UPS失电报警，20分钟后对应的#3、#4循泵跳闸。由于运行人员处理及时，未造成严重后果。热工人员对就地进行检查发现#2UPS输入电源插头松动，导致#2UPS失电报警。进行专门试验结果表明，循泵跳闸原因是UPS输入电源失去后又恢复的过程中，引起PLC输入信号抖动误发跳闸信号。 (3)UPS功能失效:有台机组呼叫系统的喇叭有杂音，通信班人员关掉该系统的主机电源查原因并处理。重新开 启该主机电源时，呼叫系统杂音消失，但集控室右侧CRT画面显示全部失去，同时MFT信号发出。经查原因是由于呼叫系统主机电源接至该机组主UPS，通讯人员在带载合开关后，给该机组主UPS电源造成一定扰动，使其电压瞬间低于195V，导致DCS各子系统后备UPS启动，但由于BCS系统、历史数据库等子系统的后备UPS失去带负荷能力(事故后试验确定)，造成这些系统失电，所有制粉系统跳闸，机组由于“失燃料”而MFT 。 (4)电源开关质量引起:电源开关故障也曾引起机组多次MFT，如有台机组的发电机定冷水和给水系统离线，汽泵自行从“自动”跳到“手动”状态;在MEH上重新投入锅炉自动后，汽泵无法增加流量。1分钟后锅炉因汽包水位低MFT动作。故障原因经查是DCS 给水过程控制站二只电源开关均烧毁，造成该站失电，导致给水系统离线，无法正常向汽泵发控制信号，最终锅炉因汽包水位低MFT动作。 2.6 SOE信号准确性问题处理 一旦机组发生MFT或跳机时，运行人员首先凭着SOE信号发生的先后顺序来进行设备故障的判断。因此SOE记录信号的准确性，对快速分析查找出机组设备故障原因有着很重要的作用。这方面曾碰到过的问题有: (1)SOE信号失准:由于设计等原因，基建接受过来的机组，SOE信号往往存在着一些问题(如SOE系统的信号分辨力达不到指标要求却因无测试仪器测试而无法证实，信号源不是直接取自现场，描述与实际不符，有些信号未组态等等)，导致SOE信号不能精确反映设备的实际动作情况。有台机组MFT时，光字牌报警“全炉膛灭火”，检查DCS中每层的3/4火检无火条件瞬间成立，但SOE却未捉捕到“全炉膛灭火”信号。另一台机组MFT故障，根据运行反映，首次故障信号显示“全炉膛灭火”，同时有“DCS电源故障”报警，但SOE中却未记录到DCS电源故障信号。这使得SOE系统在事故分析中的作用下降，增加了查明事故原因的难度。为此我省各电厂组织对SOE系统进行全面核对、整理和完善，尽量做到SOE信号都取自现场，消除SOE系统存在的问题。同时我们专门开发了SOE信号分辨力测试仪，经浙江省计量测试院测试合格后，对全省所属机组SOE系统分辨力进行全部测试，掌握了我省DCS的SOE系统分辨力指标不大于1ms的有四家，接近1ms的有二家，4ms的有一家。 (2)SOE报告内容凌乱:某电厂两台30万机组的INFI-90分散控制系统，每次机组跳闸时生成的多份SOE报告内容凌乱，启动前总是生成不必要的SOE报告。经过1)调整SEM执行块参数， 把触发事件后最大事件数及触发事件后时间周期均适当增大。2)调整DSOE Point 清单，把每个通道的Simple Trigger由原来的BOTH改为0TO1，Recordable Event。3)重新下装SEM组态后，问题得到了解决。 (3)SOE报表上出现多个点具有相同的时间标志:对于INFI-90分散控制系统，可能的原因与处理方法是:1)某个SET或SED模件被拔出后在插入或更换，导致该子模件上的所有点被重新扫描并且把所有状态为1的点(此时这些点均有相同的跳闸时间)上报给SEM。2)某个MFP主模件的SOE缓冲区设置太小产生溢出，这种情况下，MFP将会执行内部处理而复位SOE，导致其下属的所有SET或SED子模件中，所有状态为1的点(这些点均有相同跳闸时间)上报给了SEM模件。处理方法是调整缓冲区的大小(其值由FC241的S2决定，一般情况下调整为100)。3)SEM收到某个MFP的事件的时间与事件发生的时间之差大于设定的最大等待时间(由FC243的S5决定)，则SEM将会发一个指令让对应的MFP执行SOE复位，MFP重新扫描其下属的所有SOE点，且将所有状态为1 的点(这些点均有相同的跳闸时间)上报给SEM，。在环路负荷比较重的情况下(比如两套机组通过中央环公用一套SEM模件)，可适当加大S5值，但最好不要超过60秒。 2.7 控制系统接线原因 控制系统接线松动、错误而引起机组故障的案例较多，有时此类故障原因很难查明。此类故障虽与控制系统本身质量无关，但直接影响机组的安全运行，如: (1)接线松动引起:有台机组负荷125MW，汽包水位自动调节正常，突然给水泵转速下降，执行机构开度从64%关至5%左右，同时由于给水泵模拟量手站输出与给水泵液偶执行机构偏差大(大于10%自动跳出)给水自动调节跳至手动，最低转速至1780rpm，汽包水位低低MFT动作。原因经查是因为给水泵液偶执行机构与DCS的输出通道信号不匹配，在其之间加装的信号隔离器，因24VDC供电电源接线松动失电引起。紧固接线后系统恢复正常。事故后对信号隔离器进行了冗余供电。 (2)接线错误引起:某#2 机组出力300MW时,#2B汽泵跳闸(无跳闸原因首出、无大屏音响报警)，机组RB动作，#2E磨联锁跳闸，电泵自启，机组被迫降负荷。由于仅有ETS出口继电器动作记录, 无#2B小机跳闸首出和事故报警，且故障后的检查试验系统都正常，当时原因未查明。后机组检修复役前再次发生误动时，全面检查小机现场紧急跳闸按钮前接的是电源地线，跳闸按钮后至PLC，而PLC后的电缆接的是220V电源火线，拆除跳闸按钮后至PLC的电缆,误动现象消除，由此查明故障原因是是跳闸按钮后至PLC的电缆发生接地，引起紧急跳闸系统误动跳小机。 (3)接头松动引起:一台机组备用盘硬报警窗处多次出现“主机EHC油泵2B跳闸”和“开式泵2A跳闸”等信号误报警，通过CRT画面检查发现PLC的 A路部分I/O柜通讯时好时坏，进一步检查发现机侧PLC的3A、4、5A和6的4个就地I/O柜二路通讯同时时好时坏，与此同时机组MFT动作，首出原因为汽机跳闸。原因是通讯母线B路在PLC4柜内接头和PLC5、PLC4柜本身的通讯分支接头有轻微松动，通过一系列的紧固后通讯恢复正常。 针对接线和接头松动原因引起的故障，我省在基建安装调试和机组检修过程中，通过将手松拉接线以以确认接线 是否可靠的方法，列入质量验收内容，提高了接线质量，减少了因接线质量引起的机组误动。同时有关电厂 制定了热工控设备通讯电缆随机组检修紧固制度，完善控制逻辑，提高了系统的可靠性。 2.8 控制系统可靠性与其它专业的关系 需要指出的是MFT和ETS保护误动作的次数，与有关部门的配合、运行人员对事故的处理能力密切相关，类似的故障有的转危为安，有的导致机组停机。一些异常工况出现或辅机保护动作，若运行操作得当，本可以避免MFT动作(如有台机组因为给煤机煤量反馈信号瞬时至零，30秒后逻辑联锁磨煤机热风隔离挡板关闭，引起一次风流量急降和出口风温持续下跌，热风调节挡板自动持续开至100%，冷风调节挡板由于前馈回路的作用而持续关小，使得一次风流量持续下降。但由于热风隔离挡板有卡涩，关到位信号未及时发出，使得一次风流量小至造成磨煤机中的煤粉积蓄，第5分钟时运行减少了约10%的煤量，约6分钟后热风隔离挡板突然关到位，引起一次风流量的再度急剧下降，之后按设计连锁逻辑，冷风隔离挡板至全开，使得一次风流量迅速增大，并将磨煤机C中的蓄煤喷向炉膛，造成锅炉燃烧产生局部小爆燃，引风机自动失控于这种异常情况，在三个波的扰动后(约1分钟)，炉膛压力低低MFT。当时MFT前7分钟的异常工况运行过程中，只要停运该台磨煤机就可避免MFT故障的发生)。此外有关部门与热工良好的配合，可减少或加速一些误动隐患的消除;因此要减少机组停组次数，除热工需在提高设备可靠性和自身因素方面努力外，还需要热工和机务的协调配合和有效工作，达到对热工自动化设备的全方位管理。需要运行人员做好事故预想，完善相关事故操作指导，提高监盘和事故处理能力。 3 提高热工自动化系统可靠性的建议 随着热工系统覆盖机、电、炉运行的所有参数，监控功能和范围的不断扩大以及机组运行特点的改变和DCS技术的广泛应用，热控自动化设备已由原先的配角地位转变为决定机组安全经济运行的主导因素，其任一环节出现问题，都有导致热控装置部分功能失效或引发系统故障，机组跳闸、甚至损坏主设备的可能。因此如何通过科学的基础管理，确保所监控的参数准确、系统运行可靠是热工安全生产工作中的首要任务。在收集、总结、吸收同仁们自动化设备运行检修、管理经验和保护误动误动原因分析的基础上，结合热工监督工作实践，对提高热工保护系统可靠性提出以下建议，供参考: 3.1 完善热工自动化系统 (1)解决操作员站电源冗余问题:过程控制单元柜的电源系统均冗余配置，但所有操作员站的电源通常都接自本机组的大UPS，不提供冗余配置。如果大UPS电压波动，将可能引起所有操作员站死机而不得不紧急停运机组，但由于死机后所有信号都失去监视，停机也并非易事。为避免此类问题发生，建议将每台机组的部份操作员站与另一台机组的大UPS交叉供电，以保证当本机大UPS电压波动时，仍有2台OIS在正常运行。 (2)对硬件的冗余配置情况进行全面核查，重要保护信号尽可能采取三取二方式，消除同参数的多信号处理和互为备用设备的控制回路未分模件、分电缆或分电源(对互为备用的设备)现象，减少一模件故障引起保护系统误 动的隐患。 (3)做好软报警信号的整理:一台600MW机组有近万个软报警点，这些软报警点往往未分级处理，存在许多描述错误，报警值设置不符设计，导致操作画面上不断出现大量误报警，使运行人员疲倦于报警信号，从而无法及时发现设备异常情况，也无法通过软报警去发现、分析问题。为此组织对软报警点的核对清理，整理并修改数据库里软报警量程和上、下限报警值;通过数据库和在装软件逻辑的比较，矫正和修改错误描述，删除操作员站里重复和没有必要的软报警点，对所有软报警重新进行分组、分级，采用不同的颜色并开通操作员站声音报警，进行报警信号的综合应用研究，使软报警在运行人员监盘中发挥作用。 (4)合理设置进入保护联锁系统的模拟量定值信号故障诊断功能的处理，如信号变化速率诊断处理功能的利用，可减少因接线松动、干扰信号或设备故障引起的信号突变导致系统故障的发生，未设置的应增加设置。 (5)继续做好热工设备电源回路的可靠性检查工作，对重要的保护装置及DCS、DEH系统，定期做好电源切换试验工作，减少或避免由于电源系统问题引起机组跳机等情况发生。 (6)加强对测量设备现场安装位置和测量管路敷设的检查，消除不满足规程要求隐患，避免管路积水和附加的测量误差，导致机组运行异常工况的再次发生。 (7)加强对电缆防损、和敷设途径的防火、防高温情况检查，不符要求处要及时整改，尤其是燃机机组，要避免因烟道漏气烧焦电缆，导致跳机故障的发生。 (8)电缆绝缘下降、接线不规范(松动、毛刺等)、通讯电缆接头松动、信号线拆除后未及时恢复等，引起热工系统异常情况的屡次发生，表明随着机组运行时间的延伸，电缆原先紧固的接头和接线，可能会因气候、氧化等因素而引起松动，电缆绝缘可能会因老化而下降。为避免此类故障的发生，各电厂应将热工重要系统电缆的绝缘测量、电缆接线和通讯电缆接头紧固、消除接线外露现象等，列入机组检修的热工常规检修项目中，并进行抽查验收，对所有接线用手松拉，确认接线紧固，消除接线松动而引发保护系统误动的隐患。 (9)开展热工保护、连锁信号取样点可靠性、保护逻辑条件及定值合理性的全面梳理评估工作，经过论证确认，进行必要的整改，(如给泵过量程信号设计为开再循环门的，可能会引起系统异常，应进行修改)。完善机组的硬软报警、报警分级处理及定值核对，确保其与经审核颁发的热工报警、保护定值表相符。保警信号综合利用 3.2 加强热控自动化系统的运行维护管理 (1)模件吹扫:有些DCS的模件对灰和静电比较敏感，如果模件上的积灰较多可能会造成该模件的部分通道不能正常工作甚至机组MFT，如我省曾有台机组，一个月内相继5次MFT，前四次MFT动作因GPS校时软件有问题，导致历史库、事故追忆、SOE记录时间不一致，事故原因未能查明。在GPS校时软件问题得到处理后发生第五次MFT时，根据记录查明MFT动作原因系DCS主控单元一内部模件未进行喷涂绝缘漆处理，表面积灰严重使内部模件板上元器件瞬间导通，导致控制单元误发网络信号引起。更换该控制单元模件和更改组态软件后，系统 恢复正常运行。因此要做好电子室的孔洞封堵，保持空气的清洁度，停机检修时及时进行模件的清扫。但要注意，有些机组的DCS模件吹扫、清灰后，往往发生故障率升高现象(有电厂曾发生过内部电容爆炸事件)，其原因可能与拨插模件及吹扫时的防静电措施、压缩空气的干燥度、吹扫后模件及插槽的清洁度等有关，因此进行模件工作时，要确保防静电措施可靠，吹扫的压缩空气应有过滤措施(最好采用氮气吹扫)，吹扫后模件及插槽内清洁。 (2)风扇故障、不满足要求的环境温湿度和灰尘等小问题，有可能对设备安全产生隐患，运行维护中加强重视。 (3)统计、分析发生的每一次保护系统误动作和控制系统故障原因(包括保护正确动作的次数统计)，举一反三，消除多发性和重复性故障。 (4)对重要设备元件，严格按规程要求进行周期性测试。完善设备故障、运行维护和损坏更换登记等台帐。 (5)完善热工控制系统故障下的应急处理措施(控制系统故障、死机、重要控制系统冗余主控制器均发生故障)。 (6)根据系统和设备的实际运行要求，每二年修订保护定值清册一次，并把核对、校准保护系统的定值作为一项标准项目列入机组大小修项目中。重要保护系统条件、定值的修改或取消，宜取得制造厂同意，并报上级主管部门批准、备案。 (7)通过与规定值、出厂测试数据值、历次测试数据值、同类设备的测试数据值比较，从中了解设备的变化趋势，做出正确的综合分析、判断，为设备的改造、调整、维护提供科学依据。 3.3 规范热工自动化系统试验 (1)完善保护、联锁系统专用试验操作卡(操作卡上对既有软逻辑又有硬逻辑的保护系统应有明确标志);检修、改造或改动后的控制系统，均应在机组起动前，严格按照修改审核后的试验操作卡逐步进行试验。 (2)各项试验信号应从源头端加入，并尽量通过物理量的实际变化产生。试验过程中如发现缺陷，应及时消除后重新试验(特殊试验项目除外)直至合格。 (3)规范保护信号的强制过程(包括强制过程可能出现的事故事前措施，信号、图纸的核对，审批人员的确认把关，强制过程的监护及监护人应对试验的具体操作进行核实和记录等)，强调信号的强置或解除强置，必须及时准确地作好记录和注销工作。 (4)所有试验应有试验方案(或试验操作单)、试验结束后应规范的填写试验报告(包括试验时间、试验内容、试验步骤、验收结果及存在的问题)，连同试验方案、试验曲线等一起归档保存。 3.4 继续做好基建机组、改造机组、检修机组的全过程热工监督工作 (1)对设备选型、采购、验收、安装、调试、竣工图移交等各个环节严把质量关，确保控制系统和设备指标满足要求。 (2)充分做好控制系统改造开工前的准备工作(包括设计、出厂验收、图纸消化等)。 (3)严格执行图纸 管理制度 档案管理制度下载食品安全管理制度下载三类维修管理制度下载财务管理制度免费下载安全设施管理制度下载 ，加强检修、改造施工中的图纸修改流程管理，图纸修改应及时在计算机内进行，以 保证图纸随时符合实际;试验图纸应来自确认后的最新版本。 (4)计算机软件组态、保护的定值和逻辑需进行修改或改进时，应严格执行规定的修改程序;修改完毕应及时完成对保护定值清册和逻辑图纸的修改，组态文件进行拷贝，并与保护修改资料一起及时存档。 (5)机组检修时进行控制系统性能与功能的全面测试，确保检修后的控制系统可靠。 3.5 加强培训交流 (1)定期进行人员的安全教育和专业技术培训，不断提高人员的安全意识和专业水平，提高人员对突发事件的准确判断和迅速处理能力。减少检修维护和人为原因引起的热工自动化系统故障。 (2)加强电厂间交流，针对热工中存在的问题，组织专业讨论会，共同探讨解决问题办法。 (3)完善热工保护定值及逻辑修改制度;认真组织学习、严格执行热工保护连锁投撤制度;实行热工保护定值及逻辑修改、热工保护投撤、热工保护连锁信号强制与解除强制监护制。