上海众深科技股份有限公司沈阳分公司 200072
摘要：本文介绍了检验过程中遇到的离心泵材料所谓“以高带低”的两份典型案例：一是硝酸泵叶轮材料ZG03Cr19Ni11Mo2（316L）代替ZG03Cr18Ni10（304L）；二是离心泵壳体紧固件材料奥氏体不锈钢代替42CrMo，通过对两份案例剖析，使我们了解“以高带低”并不适用所有场合，需要根据具体使用工况具体分析。
关键词：离心泵；硝酸；机械性能
Abstract：It describes the process of inspection of centrifugal pump material to replace.one was nitric acid pump impeller material ZG03Cr19Ni11Mo2（316L）instead of ZG03Cr18Ni10（304L）；other was centrifugal pump austenitic stainless steel material instead of 42CrMo，through analyzing the two cases，make us understand “high instead of low” was not suitable for all occasions，need according to the specific operating conditions detailed analysis.
Key words：Centrifugal pump，nitric acid，mechanical property
在离心泵生产制造检验过程中时常会出现个别零部件材质与图纸及技术要求不一致的情况，在不影响设备整体可靠性和质量的前提下并得到业主或EPC同意，有的材料变更替换是可以接受的，但对于某些特殊情况是不允许的，即便所更换的材料成本或某单一性能指标高于被更换材料。
案例一：某泵厂制造生产的酸液输送泵 输送介质：浓度45%硝酸溶液 输送硝酸温度：50℃，该泵过流部件均采用ZG03Cr18Ni10（304L）奥氏体不锈钢，其中叶轮在机械加工过程中由于人为原因误将轮毂直径尺寸Φ48mmH7加工至Φ52mm，无法有效修复。泵制造厂考虑工期因素，决定借用其他在产合同的同型号不同材料的成品叶轮，所借用叶轮材质为ZG03Cr19Ni11Mo2（316L）。从材料成本分析，ZG03Cr19Ni11Mo2（316L）价格高出ZG03Cr18Ni10（304L）约20~25%。并且从表一[1]对照可以看出ZG03Cr19Ni11Mo2（316L）除了Cr元素上限高于ZG03Cr18Ni10（304L）外，最大的区别是ZG03Cr19Ni11Mo2（316L）增加了2.0~2.5%的Mo元素。
表一：ZG03Cr18Ni10（304L）与ZG03Cr19Ni11Mo2（316L）化学成分对照
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ZG03Cr18Ni10（304L）与ZG03Cr19Ni11Mo2（316L）这两种材料同属于超低碳（含碳量≤0.03%）奥氏体不锈钢，但由于后者ZG03Cr19Ni11Mo2（316L）加入了2.0~2.5%的Mo元素，所以在一般情况下耐腐蚀性能比ZG03Cr18Ni10（304L）更优越，特别是在非氧化性酸和热的有机酸、氯化物中的耐腐蚀性都要比与ZG03Cr18Ni10（304L）好的多，抗孔腐蚀的能力也较好[2]。另外这两种材料抗拉强度、屈服强度、断后延伸率等力学性能均一致。但值得注意的是此泵输送的介质为50℃ 45%浓度的硝酸溶液，硝酸属于强氧化性酸，既具有强酸的腐蚀性，又具有强氧化性，通过查阅《腐蚀数据与选材手册》我们发现对于50℃的45%浓度的硝酸介质，ZG03Cr19Ni11Mo2（316L）的耐腐蚀性要比ZG03Cr18Ni10（304L）差，腐蚀数据见表二，分析其原因是因为ZG03Cr19Ni11Mo2（316L）含有Mo元素，《腐蚀数据与选材手册》中也明确指出“含Mo的不锈钢对硝酸的耐腐蚀性不仅不优于普通不锈钢，有时还差些” [2]。
表二[2] ZG03Cr18Ni10（304L）与ZG03Cr19Ni11Mo2（316L）
腐蚀数据对照
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通过上述分析，我们看出尽管ZG03Cr19Ni11Mo2（316L）材料成本高于ZG03Cr18Ni10（304L），二者力学性能也一致，并且ZG03Cr19Ni11Mo2（316L）在非氧化性酸和热的有机酸、氯化物中的耐腐蚀性要比与ZG03Cr18Ni10（304L）好的多，抗孔腐蚀的能力也较好，但对于硝酸这种氧化性酸，腐蚀性是不如ZG03Cr18Ni10（304L）这种材料的。叶轮属于离心泵设备中关键部件，因此该泵叶轮材质不能采用ZG03Cr19Ni11Mo2（316L）替代ZG03Cr18Ni10（304L）。
案例二：
某泵厂生产制造的高压离心泵，按照设计要求，应采用材料为42CrMo，性能等级10.9级的壳体紧固螺栓。该泵组装过程中，现场检验工程师发现壳体紧固件标识为A2-70，泵生产厂解释此A2-70螺栓为不锈钢材料，成本高于42CrMo，并且耐腐蚀性能优于42CrMo，因此可以替换（实际为错误观点）。现场检验工程师通过查阅GB/T3098.6-2014《紧固件机械性能 不锈钢螺栓、螺钉和螺柱》标准，如A2-70紧固件第一部分字母代表材料的组别，A代表奥氏体不锈钢，数字2代表材料具体组别；第二部分代表该紧固件性能等级，数字表示紧固件抗拉强度的1/10，标识中的70表示此紧固件最小抗拉强度为700MPa。[3]
42CrMo材料属于合金结构钢，具有很高的静力强度、冲击韧性及较高的疲劳极限，高温下有较高的蠕变强度与持久强度，长期工作温度可达500℃。通过表三对两种材料的力学性能比较，（摘自GB/T3098.6-2014 紧固件机械性能 不锈钢螺栓、螺钉和螺柱及GB/T3098.1-2014 紧固件机械性能 螺栓、螺钉和螺柱），我们可以看出技术要求使用的10.9级42CrMo紧固件的抗拉强度为1040MPa，而泵制造厂所使用的标识为A2-70紧固件的抗拉强度只有700MPa，远小于材料为42CrMo的10.9级紧固件。
表三：[3] [4]
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壳体紧固件是离心泵重要的机械基础零部件之一，其力学性能水平直接决定着离心泵产品的性能、质量和可靠性，尽管A2-70奥氏体不锈钢紧固件成本高，耐腐蚀性好，但其力学性能参数远不如材料为42CrMo的10.9级紧固件，不能满足离心泵零部件设计要求，更不能保证泵设备质量和可靠性，因此不能进行替代使用。
总结：
化工用离心泵材料在生产制造过程中，若出现材料替换现象，一定要根据泵部件使用条件进行具体分析，不能仅依靠材料成本、耐腐蚀性能、力学性能这些单一的指标来作为判断依据，应根据零部件功能及用途综合分析考虑，从而避免检验及制造过程中材料“以高带低”的一些误区。
参考文献：
[1] GB/T2100-2002 一般用途耐腐蚀钢铸件.
[2] 左景伊 左禹. 腐蚀数据与选材手册.
[3] GB/T3098.6-2014 紧固件机械性能 不锈钢螺栓、螺钉和螺柱.
[4] GB/T3098.1-2014 紧固件机械性能 螺栓、螺钉和螺柱.
作者简介：
肖殿兴（1983-），男，辽宁大连人，助理工程师。主要从事石油化工用转动设备的制造过程质量控制工作。