白雙熒，趙 丹

（中核核電運行管理有限公司，浙江嘉興 314300）

0 引言

秦山核電廠地處杭州灣水域，電廠運行所需的循環(huán)冷卻水均取自杭州灣海水，通過循環(huán)水系統(tǒng)的運行，使杭州灣成為電廠的最終熱阱。循環(huán)水系統(tǒng)設備的可用性不僅影響到電廠熱力系統(tǒng)的正常工作和經(jīng)濟運行，而且影響到核電廠的核安全。秦山核電機組的旋轉濾網(wǎng)，布置在海水泵和循泵的吸水室之前，用于過濾經(jīng)取水口攔污柵粗濾后的海水，保證電廠最終熱阱的可靠性。

1 旋轉濾網(wǎng)的工作原理

銷軸的定位件包括軸套和一端的定位塊，海水介質條件下，3Cr13 材料的銷軸強度和耐海水腐蝕性較低，銷軸磨損或腐蝕后外徑變小，與軸套和定位塊之間的間隙增加，由于環(huán)境中泥沙介質的存在，會加快銷軸的磨損，此時銷軸失去定位作用發(fā)生轉動，鏈條在重力作用下被拉長，傳動鏈條松動。網(wǎng)板向鏈條松動的一側傾斜并發(fā)生扭轉造成卡澀。銷軸作為濾網(wǎng)傳動鏈條的連接件，其大面積失效后將導致濾網(wǎng)運轉失衡造成卡澀，濾網(wǎng)故障后，將影響二回路循泵和一回路海水泵的可用性，循環(huán)水系統(tǒng)可靠性下降，存在電廠最終熱阱喪失的潛在風險。

2 存在的缺陷與問題

自3 臺旋轉濾網(wǎng)安裝運行以來，頻繁發(fā)生“鏈條松動報警”故障，檢查發(fā)現(xiàn)主要問題為銷軸存在腐蝕、磨損和斷裂，導致定位失效，進而鏈板和銷軸之間發(fā)生轉動，網(wǎng)板平衡度改變造成運轉失衡。3 臺濾網(wǎng)安裝有不同批次的銷軸，在運行約1 年時間后，2#濾網(wǎng)的銷軸存在嚴重腐蝕和開裂現(xiàn)象，另外2 臺所用銷軸腐蝕程度較輕，基本未發(fā)生斷裂。正常情況下，銷軸的設計壽期為2 年以上，認為銷軸質量不符合當前設計和使用要求。

銷軸實物包括：新銷軸1 根（試樣號a）；3 根未斷裂銷軸（試樣號b、c、d），其中2 根腐蝕嚴重銷軸（試樣號c、d）；4 根斷裂銷軸（試樣號e、f、g、h）；1 根安裝于3#濾網(wǎng)未發(fā)生腐蝕的銷軸（試樣號i）。其中，新銷軸a、2#濾網(wǎng)當前使用的銷軸b～h、3#濾網(wǎng)銷軸i 分別屬于3 個不同的制造批次（圖1）。

圖1 銷軸實物

3 銷軸材料失效分析

對比使用狀態(tài)良好的銷軸，通過宏觀檢查、化學成分檢驗、金相結構分析、硬度測試和電化學試驗等，分析銷軸斷裂的原因。選取銷軸試樣進行化學成分檢測、金相分析、硬度測試、斷口檢查、電化學腐蝕試驗，試驗項目和試樣件的選擇見表1。其中，選取未斷裂、腐蝕不嚴重的銷軸b 作為試樣，若試驗結果證明在材料性能方面存在問題，則證明已斷裂或腐蝕的2#濾網(wǎng)銷軸存在同樣問題。

表1 試驗項目

3.1 宏觀形貌

觀察斷裂的銷軸，發(fā)現(xiàn)斷口呈脆斷特征，斷裂處主要位于兩個部位：①腐蝕嚴重的與鏈板接觸部位；②銷軸中間腐蝕輕微的部位。同時，很多斷裂的銷軸存在環(huán)向的短裂紋。

2#、3#濾網(wǎng)銷軸上均可見明顯的點蝕痕跡，這與3Cr13 馬氏體不銹鋼耐海水腐蝕性較差有關。發(fā)生腐蝕的c、d、e、f、g 銷軸兩端與鏈板接觸的部位腐蝕尤為嚴重。與幾乎同期安裝的3#濾網(wǎng)銷軸狀態(tài)對比，說明2#濾網(wǎng)銷軸在海水中的耐蝕性較差，材料方面可能存在問題。

3.2 化學成分

對試樣a、b、i 進行化學成分分析，與3Cr13 不銹鋼相應標準GB/T 1220—2007 比較，結果見表2。結果表明：①新銷軸和3#濾網(wǎng)銷軸成分合格；②2#濾網(wǎng)銷軸碳含量偏高，但仍在標準范圍內(nèi)，鉻含量偏低，已經(jīng)超出限值，屬于不合格材料。

表2 銷軸化學元素含量 %

Cr 含量對于3Cr13 馬氏體不銹鋼的耐蝕性至關重要，要求含量至少在12.00%以上，方能保證其耐蝕性。Cr 含量偏低加之碳含量高，導致材料硬度會偏高，容易發(fā)生應力腐蝕。

3.3 拉伸和沖擊

對試樣b、i 進行拉伸和沖擊測試，結果見表3。結果表明：試樣b 抗拉強度、屈服強度、斷面延伸率均不達標。這與硬度檢測的結論是一致的，說明試樣材料具有硬脆傾向，韌性不足，強度較差。

表3 拉伸和沖擊測試結果

4 結論與建議

根據(jù)銷軸材料的失效分析，銷軸斷裂的根本原因歸納為兩種模式：①銷軸中部的斷裂，主要是由于部件表面存在原始裂紋，材料韌性不足是開裂的主要原因，海水腐蝕起促進作用；②銷軸兩端與鏈板接觸部位的斷裂，主要是由于鏈板與銷軸之間存在電偶腐蝕。

導致銷軸硬脆性高、耐腐蝕性差的主要原因是熱處理工藝不當，其次為原材料質量較差。當前已在制造工藝和質量控制方面，從明確熱處理工藝，規(guī)范材料成分、力學性能、原材料和成品的無損檢測要求等方面進行管控，質量改善效果顯著。

長遠來看，為保證銷軸的長效耐腐蝕性，降低脆斷風險，可選擇硬度和強度高、耐蝕性更好的材料，通過至少3 個換料周期的檢查，以驗證其長期運行的安全可靠性。這對于降低旋轉濾網(wǎng)的故障率，提高循環(huán)水系統(tǒng)的穩(wěn)定性，保障電站最終熱阱的安全，具有重要意義。