循环水泵冷却水管腐蚀失效分析

赵必江，阮红梅，刘世念，揭敢新，吕旺燕，黄海军，王 俊

（1. 中国电器科学研究院有限公司工业产品环境适应性国家重点实验室，广州 510663；2. 华南理工大学，广州 510000；3. 广东电网有限责任公司电力科学研究院，广州 510663）

循环水泵冷却水管腐蚀失效分析

赵必江1,2，阮红梅1，刘世念3，揭敢新1，吕旺燕3，黄海军1，王 俊1

（1. 中国电器科学研究院有限公司工业产品环境适应性国家重点实验室，广州 510663；2. 华南理工大学，广州 510000；3. 广东电网有限责任公司电力科学研究院，广州 510663）

循环水泵冷却水管发生严重腐蚀失效。通过ICP对管材进行成分分析，确定材料并无成分缺陷。再通过对腐蚀产物进行能谱分析和XRD扫描，发现Cl-可能是引起腐蚀失效的重要原因，而Cl-很有可能来自冷却水。因此建议改善冷却水质并改用耐Cl-腐蚀的材料制作冷却水管。

循环水泵冷却水管；腐蚀；失效

概述

材料发生失效之后，就不能满足材料的服役条件。对于工业生产业中广泛使用的金属材料，几乎都会发生腐蚀失效。因此，腐蚀失效分析的目的不仅在于对腐蚀失效性质的判断和腐蚀失效原因的分析，而且要通过腐蚀失效分析找到预防腐蚀失效的有效途径，防止重大失效事故的发生，确保设备或装置安全运行[1]。

某公司循环水泵冷却水管发生严重腐蚀失效，水管内部出现橙红色垢层及垢块，严重影响了水泵正常工作。据公司介绍，冷却水管为T10钢，冷却水为城市自来水，使用时间为两年。该公司委托我方实验室进行腐蚀产物成分分析，同时分析发生腐蚀失效的原因并给出改进意见。

1 实验

1.1 宏观检验

送检循环水泵冷却水管规格（外径×厚度×长度）为38mm×5mm×340mm，宏观检验结果见图1-图3。

1.2 化学成分分析

根据客户提供的资料，该循环水泵冷却水管材质为T10钢。在冷却水管上取样，ICP进行化学成分分析。

1.3 腐蚀产物的能谱分析

腐蚀产物垢层疏松、潮湿，表层为橙红色腐蚀产物，底层为黑色腐蚀产物（如图2所示）。分别提取两种腐蚀产物进行真空烘干，然后使用德国蔡司EVO 18扫描电镜/英国牛津INCA 能谱仪进行能谱扫描。

1.4 腐蚀产物XRD分析

分别提取图2和图3所示腐蚀产物，真空烘干，放入玛瑙研钵进行研磨。研磨成粒径处于10nm-100um范围内的腐蚀产物粉末，然后使用日本岛津X射线衍射仪XRD -6100进行XRD分析。

2 实验结果

2.1 宏观观察结果

宏观检验结果如图1-图3所示。从图1中可以看出循环水泵冷却水管表面已发生较严重腐蚀，油漆层剥落，凸显出红黑色锈蚀物。图2为管内壁宏观观察结果，可以看出层状腐蚀很严重，表层为橙红色腐蚀产物，表层垢物清理后为黑色腐蚀产物。图3为管内橙红色腐蚀产物垢块。垢层垢块潮湿松散易清理。

图1 循环水泵冷却水管外壁

图2 循环水泵冷却水管内壁

图3 冷却水管内壁垢块

表1 管材化学成分分析

2.2 冷却水管材质成分分析结果

循环水泵冷却水管材质几种重要元素分析结果如表1所示。根据T10钢标准元素含量可知，该循环水泵冷却水管材质符合标准要求。

2.3 腐蚀产物能谱扫描结果

电镜扫描腐蚀产物，放大倍数为100倍。从图4和图5中可以看出，腐蚀产物1组织相对紧密，孔洞较少，有层状样；腐蚀产物2组织疏松，结构松散。能谱扫描结果见表2和表3，腐蚀产物1和腐蚀产物2均含有少量的Cl-，且腐蚀产物2含量更多，同时，腐蚀产物2中含有少量Ca元素。

2.4 腐蚀产物XRD扫描结果（见图6和图7）

3 实验结果分析

1）化学成分分析结果表明：冷却水管的化学成分符合T10钢标准要求，杂质含量不高，因此发生腐蚀失效并不是因为存在材料缺陷。

2）腐蚀主要发生在循环水泵冷却水管内壁，且有严重的结垢情况。检测垢层，发现其含有大量Cl-，证明循环水泵冷却水管中的冷却水质可能有问题[2-3]。

3）能谱扫描结果分析：对于腐蚀产物1，主要是Fe、O两种元素，还有少量的Cl元素。腐蚀产物1中的Cl元素可能是随着腐蚀的加深，由冷却水经腐蚀产物1渗入。对于腐蚀产物2，除了Fe和C、O主要元素外，还有Cl、Ca元素，其中Cl、Ca可能来自冷却水，另外还有极少量的Si、Al、P、S等元素，可能是钢材的基本组成成分，在腐蚀的过程中溶出所致。

4）XRD扫描结果分析：对腐蚀产物1进行成分分析，发现主要Dirt block是Fe、O元素，还有微量的C、Cl元素。腐蚀产物主要成分为Fe3O4、Fe2O3；腐蚀产物2的XRD图谱经过比对发现，主要物相可能是Fe2O3，其次是Fe3O4，腐蚀产物主要成分为CaFeO2、Fe3O4、Fe2O3、Fe(OH)3，但XRD峰的强度并不高，说明橙红色腐蚀产物中含有大量的杂质，可能是冷却水管内长期聚集的泥土等。对腐蚀产物2的XRD扫描分析结果和腐蚀产物1的刚好相反。这个规律也符合宏观观察的现象。

图4 腐蚀产物1能谱图

图5 腐蚀产物2能谱图

表2 腐蚀产物1成分及比重

表3 腐蚀产物2成分及比重

图6 腐蚀产物1XRD扫描图谱

图7 腐蚀产物2XRD扫描图谱

5）腐蚀产物1和腐蚀产物2的峰值只有几百至一千多，尤其是腐蚀产物1，峰值很低。这表明腐蚀产物中含有较多杂质，可能是泥土等[4]。这个结果也表明冷却水质可能存在问题。

4 结论

冷却水存在Cl-含量过高及杂质含量高的问题，这两个问题导致腐蚀失效的快速发生，腐蚀逐层加深并结垢。管内结垢导致产生结垢腐蚀，加剧腐蚀失效。

循环水泵冷却水管两种腐蚀产物都含有一定量的Cl，且表面层腐蚀产物Cl含量更高。 Cl-的离子半径小，容易穿过膜层，置换氧原子形成氯化物，加速阳极过程的进行，使腐蚀加速，由此推断氯离子可能是引起腐蚀的主要原因之一[5]。由于两种腐蚀产物中Cl的含量均很低，可能是冷却水引入，因此建议客户改善冷却水质，或者换衬塑钢管、镀锌钢管等耐氯离子腐蚀的材料制作冷却水管。

[1]赵敏,康强利,郭兴建,赵恒庆,黄新泉. 腐蚀失效分析方法及展望[J]. 理化检验(物理分册),2006,12：624-627,630.

[2]曹小刚,高万山. MTBE装置冷却器管束腐蚀穿孔失效分析[J]. 石油化工设备,2015,01：86-88.

[3]陈鹭滨,徐英,周英勤,盛伟. 中央空调冷却水管腐蚀开裂失效分析[J]. 山东大学学报(工学版),2003,05：507-510.

[4]付健,唐冬,印文涛,王伟,肖星鹏,李建勇. 原油管线焊接接头的失效分析[J]. 焊接技术,2015,01：64-67.

[5]王宏,刘贤贺,潘涵. 海上石油钻井套管接头腐蚀穿孔失效分析[J].兵器材料科学与工程,2015,01：92-97.

Failure Analysis on Cooling Water Pipe Corrosion of Circulating Water Pump

ZHAO Bi-jiang1,2, RUAN Hong-mei1, LIU Shi-nian3, JIE Gan-xin1, LV Wang-yan3, HUANG Hai-jun1, WANG Jun1
(1. State Key Laboratory of Environmental Adaptability for Industrial Products, China Electric Apparatus Research Institute Co., Ltd. Guangzhou 510663; 2. South China University of Technology, Guangzhou 510000; 3. Electric Power Research Institute, Guangdong Power Grid Co. Ltd. Guangzhou 510663)

Circulating water pump cooling water pipe has serious corrosion failure. Through the analysis of steel composition by ICP, it determines that the composition of the material has no defect. Then through the spectrum analysis and the XRD scan of corrosion products, it found that Cl- may be the important cause of corrosion failure; and Cl- is likely to come from the cooling water. Therefore, it gives the suggestion that improving the cooling water quality and using the Cl- corrosion-resistant materials on cooling pipes.

cooling water pipe of circulating pump; corrosion; failure

TQ050.7；TG<172.9 文献标识码:B class="emphasis_bold">172.9 文献标识码:B 文章编号:1004-7204（2015）03-0017-04172.9 文献标识码:B

1004-7204（2015）03-0017-04

B 文章编号:1004-7204（2015）03-0017-04

赵必江（1990-），男，湖北，华南理工大学硕士在读，研究方向为金属材料的失效分析。现于中国电器科学研究院工业产品环境适应性国家重点实验室实习。

广东省中国电器院风电装备腐蚀控制关键技术院士工作站（2013B090400023）项目资助；中国南方电网有限责任公司重点科技项目（K-GD2013-0501）项目资助。