海水取水泵叶轮开裂失效分析

蒲晶菁 贺小波 吴志男 代杨聪 马捷

摘 要：本文对海水取水泵叶轮开裂样品进行了失效分析工作。工作内容包括资料调研、样品的宏观检查、化学成分分析、金相检验、硬度试验、断口形貌观察、断口能谱成分分析及综合分析。结果表明：样品存在大量缩松、缩孔等铸造缺陷，样品的化学成分和维氏硬度符合标准的要求。引起样品开裂的主要原因是在铸造缺陷部位发生缝隙腐蚀扩展。

关键词：取水泵 叶轮 开裂 铸造缺陷 缝隙腐蚀

中图分类号：P747 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）08（c）-0080-03

1 资料调研

某电厂在2017年检修期间发现海水淡化系统海水取水泵叶轮开裂，为查明叶轮开裂的原因，对叶轮样品进行失效分析。取水泵的水力组件由蜗壳，叶轮等过流部件组成。取水泵参数如下：生产厂家：苏尔寿泵业芬兰公司；型号：D44-200；介质：海水；流量Q=222.2L/s；扬程H=40m；介质密度ρ=1020kg/m3；介质温度T=40℃；变频转速=1418rpm；额定转速=1480rpm；功率P=132kW。叶轮材料牌号为ASTM A890 3A，为铸造双相不锈钢。取水泵制造工艺、运行时间和启停次数未知。

2 试验结果

2.1 宏观检查

样品的宏观形貌见图1，由图可见：样品表面存在多个密集的表面缺陷区，缺陷大部分呈细长弯折走向的线性缺陷，少量呈椭圆形面状缺陷。

2.2 化学成分分析

样品的化学成分分析结果见表1，表明样品的化学成分符合ASTM A890对3A要求。

2.3 金相检验

在OLYMPUS GX71光学显微镜下进行金相观察，由图2可见，样品的表面缺陷部位存在网状裂缝，局部裂缝较宽；样品的微观组织为奥氏体+铁素体组成的两相组织。

2.4 硬度试验

对金相样按照GB/T 4340.1在FM-700型维氏硬度机上进行显微维氏硬度试验，试验力9.8N，保持时间15s，测试结果见表2。由表2可见：样品的维氏硬度值符合标准的要求。

2.5 断口形貌观察

样品断口的宏观和扫描电镜形貌见图3。宏观下，断口粗糙不平，局部存在沿晶裂缝。微观下，断口存在腐蚀和铸造缺陷等两类形貌，前者主要位于近表面部位，表面覆盖一层呈网状开裂的物质；后者断口存在较多缩松、缩孔等铸造缺陷。

2.6 断口能谱成分分析

用EDS能谱仪对样品断口和金相样进行成分分析，结果见表3。由表3可知：断口和金相样上主要合金元素（Cr、Ni）为金属基体的元素，局部存在硫和氯等腐蚀性元素。

3 综合分析

由样品的试验分析结果可知，样品存在大量缩松、缩孔等铸造缺陷，样品的化学成分和维氏硬度符合标准的要求。

样品宏观及渗透检测可见表面存在多个密集的表面缺陷区，缺陷大部分呈细长弯折走向的线性缺陷，少量呈椭圆形面状缺陷；金相检验发现这些缺陷区为网状裂缝，局部裂缝较宽；断口分析发现存在腐蚀和铸造缺陷等两类形貌，前者主要位于近表面部位，且存在少量腐蚀性元素；其余部位断口存在较多缩松、缩孔等铸造缺陷。部分铸造缺陷在样品表面露头出现狭窄的缝隙，使得含有腐蚀性元素的海水进入，使缝内金属与缝外金属构成短路原电池，在缝隙内发生局部腐蚀，并使得该缝隙逐渐变宽变深，导致样品在表面局部开裂。综上分析认为引起样品开裂的主要原因为在铸造缺陷部位发生缝隙腐蚀扩展所致。

取水泵叶轮样品由于造型复杂，采用双相不锈钢铸造成型，然后再通过少量车削轴孔和叶片整形生产。双相不锈钢铸造过程中收缩大，流动性欠佳，吸气能力强，且凝固范围宽，导致产生大量缩松、缩孔等铸造缺陷。

4 结论与建议

4.1 结论

（1）样品存在大量缩松、缩孔等铸造缺陷，样品的化学成分和维氏硬度符合标准的要求。

（2）引起样品开裂的主要原因为在铸造缺陷部位发生缝隙腐蚀扩展所致。

4.2 建议

（1）严格控制铸造质量，加强叶轮表面检测，尽量减少内部缩松、缩孔等铸造缺陷且避免露頭的铸造缺陷存在。

（2）严格控制热处理质量，以提高耐腐蚀性能。

参考文献

[1] ASTM A890，一般用途的铁—铬—镍—钼耐腐蚀双相钢铸件[S].

[2] GB/T 223，钢铁及合金化学分析方法[S].

[3] 郑修麟.材料的力学性能[M].西安：西北工业大学出版社，2001：128-138.