1 螺栓腐蚀分析

1.1 宏观表

现检查问题阀门发现M16螺栓的螺纹部分基本完整，并露出金属光泽，螺栓头部腐蚀严重；M12螺栓外形基本完整，螺栓尾端呈锥状且失去了金属光泽，见图1（c）。

图1 阀门损坏及螺栓腐蚀

1.2 化学成分分析

螺栓取样进行化学成分分析，分析结果见表1。分析结果表明螺栓的材料不符合设计要求的不锈钢牌号，且未检索到与其化学成分接近的材料牌号。

表1 螺栓的化学成分分析结果（wt％）

Cr，Ni，Mo是不锈钢中常见的提高材料耐腐蚀能力的3种合金元素。当铬含量＞12.5%时，材料表面才能形成一层连续且致密的富铬氧化膜，具备一定程度的抗腐蚀性能。通常Ni与Cr同时作为不锈钢的主要合金元素，使不锈钢在氧化性介质和还原性介质中同样具有很好的耐腐蚀性。添加Mo，使材料在还原性介质中的钝化能力增强，改善抗氯离子腐蚀能力，材料耐点腐蚀能力大大提高。Mn是强烈的奥氏体形成元素，在钢中加入Mn可代Ni获得单一的奥氏体组织，提高钢的韧性、强度、硬度和耐磨性、淬透性，改善钢的热加工性能；但Mn含量增高，会严重降低材料的抗腐蚀性、焊接性能。

螺栓材料化学成分结果显示，两种螺栓的化学成分中，Cr含量均＜12％，Ni和Mo含量非常低，C含量接近或超过上限，而Mn含量分别高达18％和13.58％。仅从不锈钢的耐腐蚀性基本要素，就可以判断这两种螺栓不具备基本的抗海水腐蚀能力。

1.3 金相检查

M12螺栓锥形部分金相组织为奥氏体＋碳化物组织，见图2（a）；晶粒没有发生变形，表明锥形不是由拉伸变形造成的。M16螺栓头部金相组织为奥氏体＋铁素体组织，见图2（b）；图2（c）中可以观察到材料表面大量晶粒因晶界腐蚀而分离,表明M16螺栓存在严重的晶间腐蚀。

1.4 扫描电子显微镜检查

在扫描电子显微镜下M16螺栓头部腐蚀区域形貌如图3所示，腐蚀区域低倍显微组织呈腐蚀性多孔状，高倍显微组织呈准解理面形态，说明M16螺栓存在严重的晶间腐蚀。

1.5 质量调查和影响

后续调查发现螺栓为阀门厂外购标准件，有完整的材料和性能报告，通过了阀门厂的质量复验。由于后续批次的阀门还发生了如阀体腐蚀穿孔、阀门未按要求装配部件等问题，该型阀门一直达不到预期要求，电厂部分终止了海水蝶阀的国产化进程。

阀门局部结构设计

2 结构设计与选材改进

2.1 结构设计缺陷和安装优化

蝶阀设计时，阀体、蝶板材料选用CF8M，螺栓选用0Cr18Ni12Mo2Ti，材料耐海水点蚀能力有限，耐缝隙腐蚀能力更弱。该型阀门的结构设计相对复杂，密封座、密封压圈、轴孔等位置均存在缝隙（图4），容易出现区域性的缝隙腐蚀，设计时没有针对材料缝隙腐蚀问题提出装配要求。针对腐蚀问题，对后续阀门进行了优化，螺栓形制改为沉头，材料改为ASTMB-164 MONEL400；螺栓安装时螺纹部分全部涂抹螺纹锁固胶；所有可能存在间隙位置和螺栓孔内均充填环氧树脂。

2.2 材料优化

ASTM A351 CF8M在海水中具有良好的耐腐蚀特性，但存在缝隙腐蚀、孔蚀、应力腐蚀问题；当海水流速缓慢并有大量泥沙沉积时，不是制作海水蝶阀的理想材料。高镍球墨铸铁在海水中耐腐蚀特性好，均匀腐蚀速率峰值＜0.1 mm/a，抗缝隙腐蚀和点蚀的能力优于316型不锈钢好，主要成分见表2。ASTM A439具有优异的机械加工性能、铸造性能、具有良好的耐磨性、耐冲蚀性，具有一定的可焊性，适合在秦山地区作为阀门的铸件材料使用。电厂海水水泵的泵体采用ASTM A439 D2铸造，经过15 a的使用验证，该材料在仅有300 μm环氧沥青涂层的保护下也未发生明显的均匀腐蚀、缝隙腐蚀和点腐蚀等现象。

表2 3种阀门选材的成分和力学性能

在保留进口阀结构设计简单的基础上，将阀门的阀体、蝶板的材料由铸铁件改为ASTM A439 D2型或含Ni量更高的高镍球墨铸铁件，再在金属表面刷涂高固态环氧防腐涂料就能防范海水阀门的腐蚀问题。选用ASTM A439 D2或更高Ni含 量 的 高 镍 球 墨 铸 铁 ， 相 对ASTM A126 Class B、ASTM A351 CF8M等材料的成本会有所增加，但结构的简化，降低了后续生产难度和防腐要求，可提高核电厂阀门的可靠性。