代松涛，蔡可庆

(江苏索普〔集团〕有限公司，江苏镇江 212006)

江苏索普(集团)有限公司多喷嘴水煤浆气化装置于2009年9月建成投产，气化炉操作压力为6.5 MPa(2开1备)，单台投煤为1 500 t/d。煤浆输送选用了德国FELUWA公司的高压煤浆泵，该高压煤浆泵在运行过程中曾出现软管隔膜破裂、单向阀卡塞、变频器过载、活塞杆断裂等现象，给气化装置的正常运行带来较大隐患。其中，高压煤浆泵在运行过程中活塞杆出现2次断裂现象：第1次是德国原装活塞杆在运行13 263 h后断裂，检修时发现大齿轮在运行过程中有跑偏迹象，导致活塞杆在运行过程中产生剪切力，使其寿命缩短；第2次是国产替代活塞杆在使用1 859 h后断裂(断成3段)。

本文就气化装置运行过程中出现的高压煤浆泵活塞杆断裂异常现象，对引起活塞杆断裂的原因进行分析，并找到相应的预防措施，以实现高压煤浆泵稳定运行，提高气化装置的运行周期。

1 宏观断口分析

本次分析共选取德国原装活塞杆及国产替代活塞杆各1根，其断口宏观分析照片分别见图1和图2。

图1 德国原装活塞杆断口宏观形貌

图2 国产替代活塞杆断口宏观形貌

由图1和图2可知：德国原装的高压煤浆泵活塞杆断裂于螺纹部位，国产替代高压煤浆泵活塞杆断裂于光滑轴杆段；2根活塞杆的断口宏观上均为脆性断裂，断口上的启裂区、慢速扩展区及过载瞬断区分区清晰，断口上可见贝纹线特征形貌，属于典型的疲劳断裂。

2 显微金相分析

金属的性能取决于其成分和微观组织，其中微观组织对金属性能的影响最为直接。因此，可以通过对高压煤浆泵活塞杆断口金属微观组织的观察和分析来判断活塞杆断裂的原因(图3至图6)。

图3 德国原装活塞杆显微金相分析(500×)

图4 德国原装活塞杆显微金相分析(3 000×)

由图3和图4可以看出：德国原装活塞杆的显微组织为正常的回火索氏体。由图4可知：在高倍(3 000倍)下可见渗碳体呈颗粒状，材料处于调质状态，是轴类零件(大型运动部件)的必要的热处理状态。

图5 国产活塞杆显微金相分析(500×)

图6 国产活塞杆显微金相分析(3 000×)

由图5和图6可以看出：国产活塞杆的显微组织为正火状态的铁素体+珠光体。由图6可知：在高倍(3 000倍)下可见珠光体内的渗碳体呈完整的片状，这是正火后没有进行回火(或回火温度不够)处理的显微组织形貌，这种组织状态无法保证大型轴类零件的抗疲劳能力。

3 断口的扫描电镜分析

在对活塞杆材料显微金相分析的基础上，利用扫描电镜分析技术，进一步对国产活塞杆材料中微观结构进行分析(图7和图8)。

图7 国产活塞杆断口扫描电镜分析(500×)

图8 国产活塞杆断口扫描电镜分析(3 000×)

由图7可以看出，正火组织为铁素体+珠光体，2种组成物的塑性变形能力不同，导致其断裂后断口出现高低不等的塑性断裂峰与珠光体的脆性断裂凹坑平台，足见其疲劳抗力严重不足。由图8可见到不规则的应力休止线，确定活塞杆发生了疲劳断裂。

4 结果及讨论

(1) 德国原装的高压煤浆泵活塞杆的材料处于调质状态——回火索氏体，具备良好抗疲劳的热处理条件。国产替代活塞杆的材料处于正火状态，且没有进行高温回火，这种组织状态不能充分发挥材料的疲劳抗力。

(2) 通过对国产替代活塞杆断口的扫描电镜分析，断口上的启裂区清晰，慢速扩展区的断口因材料的热处理状态为正火，导致2种不同的组成物(铁素体和珠光体)在疲劳载荷作用下发生不均匀塑性变形，而呈现高低不同的断口特征形貌，足见正火状态的材料疲劳抗力不足。

综上所述，国产替代活塞杆没有进行调质处理，是导致活塞杆提前断裂(或疲劳寿命较短)的根本原因。

建议：在选择高压煤浆泵活塞杆备件时应优先考虑采用原厂备件；若选择国产替代，则应对所选用材料及加工工艺提出明确要求。