秦山核电厂旋转滤网销轴材料失效分析与改进

白双荧，赵 丹

（中核核电运行管理有限公司，浙江嘉兴 314300）

0 引言

秦山核电厂地处杭州湾水域，电厂运行所需的循环冷却水均取自杭州湾海水，通过循环水系统的运行，使杭州湾成为电厂的最终热阱。循环水系统设备的可用性不仅影响到电厂热力系统的正常工作和经济运行，而且影响到核电厂的核安全。秦山核电机组的旋转滤网，布置在海水泵和循泵的吸水室之前，用于过滤经取水口拦污栅粗滤后的海水，保证电厂最终热阱的可靠性。

1 旋转滤网的工作原理

销轴的定位件包括轴套和一端的定位块，海水介质条件下，3Cr13 材料的销轴强度和耐海水腐蚀性较低，销轴磨损或腐蚀后外径变小，与轴套和定位块之间的间隙增加，由于环境中泥沙介质的存在，会加快销轴的磨损，此时销轴失去定位作用发生转动，链条在重力作用下被拉长，传动链条松动。网板向链条松动的一侧倾斜并发生扭转造成卡涩。销轴作为滤网传动链条的连接件，其大面积失效后将导致滤网运转失衡造成卡涩，滤网故障后，将影响二回路循泵和一回路海水泵的可用性，循环水系统可靠性下降，存在电厂最终热阱丧失的潜在风险。

2 存在的缺陷与问题

自3 台旋转滤网安装运行以来，频繁发生“链条松动报警”故障，检查发现主要问题为销轴存在腐蚀、磨损和断裂，导致定位失效，进而链板和销轴之间发生转动，网板平衡度改变造成运转失衡。3 台滤网安装有不同批次的销轴，在运行约1 年时间后，2#滤网的销轴存在严重腐蚀和开裂现象，另外2 台所用销轴腐蚀程度较轻，基本未发生断裂。正常情况下，销轴的设计寿期为2 年以上，认为销轴质量不符合当前设计和使用要求。

销轴实物包括：新销轴1 根（试样号a）；3 根未断裂销轴（试样号b、c、d），其中2 根腐蚀严重销轴（试样号c、d）；4 根断裂销轴（试样号e、f、g、h）；1 根安装于3#滤网未发生腐蚀的销轴（试样号i）。其中，新销轴a、2#滤网当前使用的销轴b～h、3#滤网销轴i 分别属于3 个不同的制造批次（图1）。

图1 销轴实物

3 销轴材料失效分析

对比使用状态良好的销轴，通过宏观检查、化学成分检验、金相结构分析、硬度测试和电化学试验等，分析销轴断裂的原因。选取销轴试样进行化学成分检测、金相分析、硬度测试、断口检查、电化学腐蚀试验，试验项目和试样件的选择见表1。其中，选取未断裂、腐蚀不严重的销轴b 作为试样，若试验结果证明在材料性能方面存在问题，则证明已断裂或腐蚀的2#滤网销轴存在同样问题。

表1 试验项目

3.1 宏观形貌

观察断裂的销轴，发现断口呈脆断特征，断裂处主要位于两个部位：①腐蚀严重的与链板接触部位；②销轴中间腐蚀轻微的部位。同时，很多断裂的销轴存在环向的短裂纹。

2#、3#滤网销轴上均可见明显的点蚀痕迹，这与3Cr13 马氏体不锈钢耐海水腐蚀性较差有关。发生腐蚀的c、d、e、f、g 销轴两端与链板接触的部位腐蚀尤为严重。与几乎同期安装的3#滤网销轴状态对比，说明2#滤网销轴在海水中的耐蚀性较差，材料方面可能存在问题。

3.2 化学成分

对试样a、b、i 进行化学成分分析，与3Cr13 不锈钢相应标准GB/T 1220—2007 比较，结果见表2。结果表明：①新销轴和3#滤网销轴成分合格；②2#滤网销轴碳含量偏高，但仍在标准范围内，铬含量偏低，已经超出限值，属于不合格材料。

表2 销轴化学元素含量 %

Cr 含量对于3Cr13 马氏体不锈钢的耐蚀性至关重要，要求含量至少在12.00%以上，方能保证其耐蚀性。Cr 含量偏低加之碳含量高，导致材料硬度会偏高，容易发生应力腐蚀。

3.3 拉伸和冲击

对试样b、i 进行拉伸和冲击测试，结果见表3。结果表明：试样b 抗拉强度、屈服强度、断面延伸率均不达标。这与硬度检测的结论是一致的，说明试样材料具有硬脆倾向，韧性不足，强度较差。

表3 拉伸和冲击测试结果

4 结论与建议

根据销轴材料的失效分析，销轴断裂的根本原因归纳为两种模式：①销轴中部的断裂，主要是由于部件表面存在原始裂纹，材料韧性不足是开裂的主要原因，海水腐蚀起促进作用；②销轴两端与链板接触部位的断裂，主要是由于链板与销轴之间存在电偶腐蚀。

导致销轴硬脆性高、耐腐蚀性差的主要原因是热处理工艺不当，其次为原材料质量较差。当前已在制造工艺和质量控制方面，从明确热处理工艺，规范材料成分、力学性能、原材料和成品的无损检测要求等方面进行管控，质量改善效果显著。

长远来看，为保证销轴的长效耐腐蚀性，降低脆断风险，可选择硬度和强度高、耐蚀性更好的材料，通过至少3 个换料周期的检查，以验证其长期运行的安全可靠性。这对于降低旋转滤网的故障率，提高循环水系统的稳定性，保障电站最终热阱的安全，具有重要意义。