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摘要：利用U彎樣品研究了國(guó)產(chǎn)壓水堆核電站主管道用鍛造態(tài)316L不銹鋼在330℃NaOH溶液中的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂行為。結(jié)果表明，浸泡720 h后在樣品表面觀察到明顯的應(yīng)力腐蝕裂紋，裂紋擴(kuò)展完全穿透樣品厚度。樣晶表面生長(zhǎng)的氧化膜內(nèi)層富Fe，中間層高Ni，外層是富含Ni和Fe的分散的顆粒狀氧化物，氧化膜缺乏保護(hù)性。EBSD和斷口觀察發(fā)現(xiàn)樣品主要是沿晶型開(kāi)裂,斷口主要體現(xiàn)冰糖狀花樣,局部還分布有河流花樣和準(zhǔn)解理臺(tái)階。在應(yīng)力的作用下，晶界富含F(xiàn)e和Ni的氧化物的脆性斷裂導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕裂紋的擴(kuò)展。316L不銹鋼的脆性斷裂機(jī)制屬于陽(yáng)極溶解型應(yīng)力使晶界氧化膜破裂機(jī)制。

304L和316L等奧氏體不銹鋼，由于具有良好的耐腐蝕性能，而被廣泛地用于制造壓水堆核電站的關(guān)鍵設(shè)備，如堆內(nèi)構(gòu)件、蒸汽發(fā)生器支撐板控制板和主管道等。其中，主管道是連接反應(yīng)堆壓力容器、蒸汽發(fā)生器和主泵,構(gòu)成封閉循環(huán)系統(tǒng)壓力邊界的關(guān)鍵設(shè)備。目前，我國(guó)在建的新一代核電站的主冷卻劑管材要求采用鍛件,而不是傳統(tǒng)的鑄件。

關(guān)于鍛造態(tài)的材料在模擬核電環(huán)境中的腐蝕行為，目前尚無(wú)經(jīng)驗(yàn)，缺乏基礎(chǔ)腐蝕數(shù)據(jù)。材料成型工藝的改變，勢(shì)必會(huì)對(duì)材料的微觀結(jié)構(gòu)(如晶粒尺寸，第二相或夾雜物分布)，不同類(lèi)型晶界數(shù)量以及殘余應(yīng)變分布等產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響材料的腐蝕性能。研究°發(fā)現(xiàn)，晶粒粗大的鎳基600合金在核電高溫高壓水中的晶間應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂敏感性要小于晶粒尺寸細(xì)小的600合金。304不銹鋼在高溫高壓水中的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，晶間應(yīng)力腐蝕裂紋萌生于品界硅酸鹽和硫化物等非金屬夾雜物附近。

Clarke等的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)304不銹鋼的塑性變形較低時(shí)(5%~20%)，僅敏化的樣品表現(xiàn)出較高的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂敏感性：而高的塑性變形(>20%)也能導(dǎo)致未敏化的304不銹鋼發(fā)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。不銹鋼材料在高溫堿性溶液中的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂行為，文獻(xiàn)中已經(jīng)展開(kāi)了大量的研究。涉及的開(kāi)裂機(jī)制，目前主要有兩種：一種是陽(yáng)極溶解理論，另外一種是氫致開(kāi)裂理論。已有文獻(xiàn)中報(bào)道的堿溶液中的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂實(shí)驗(yàn)的溫度一般不高于280℃。本實(shí)驗(yàn)將模擬核電站服役環(huán)境溫度，采用330℃的高溫NaOH溶液，對(duì)國(guó)產(chǎn)的核電主管道用鍛造態(tài)316L不銹鋼的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂行為進(jìn)行評(píng)價(jià)，并分析相應(yīng)的開(kāi)裂機(jī)制，為我國(guó)核電關(guān)鍵材料的國(guó)產(chǎn)化提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

實(shí)驗(yàn)中采用U型彎曲樣品評(píng)價(jià)材料的抗應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂性能。高溫浸泡應(yīng)力腐蝕實(shí)驗(yàn)在容積為5L的附有純Ni內(nèi)襯的靜態(tài)高壓釜中進(jìn)行。采用分析純級(jí)別的粒狀NaOH與去離子水配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%的NaOH溶液，實(shí)驗(yàn)溶液首先在70℃下采用高純N2連續(xù)除氧4h，然后升溫至330℃，保溫720h。

浸泡實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，采用配有能譜分析系統(tǒng)(EDS)的FEI XL30型環(huán)境掃描電子顯微鏡(ESEM)觀察樣品的表面及斷口形貌。利用EBSD技術(shù)表征裂紋擴(kuò)展路徑與樣品晶界之間的關(guān)系，分析時(shí)將樣品放大至300倍，步長(zhǎng)為1.5μm。采用TSLOIM軟件處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。結(jié)果表明：

（1）國(guó)產(chǎn)核電主管道用鍛造態(tài)316L不銹鋼在330℃的4%NaOH溶液中浸泡720h后發(fā)生了嚴(yán)重的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂失效。

（2）樣品脆性斷裂屬于沿晶型應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂，斷口主要體現(xiàn)冰糖狀花樣，局部分布放射狀河流花樣與準(zhǔn)解離臺(tái)階。

（3）在外加應(yīng)力的作用下，晶界富含F(xiàn)e和Ni的氧化物的脆性開(kāi)裂導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕裂紋擴(kuò)展。316L不銹鋼在實(shí)驗(yàn)條件下的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂機(jī)制屬于陽(yáng)極溶解型-應(yīng)力使晶界氧化膜破裂模式。

以上就是無(wú)錫力博為大家總結(jié)的關(guān)于核用鍛造態(tài)316L不銹鋼在330 ℃堿溶液中應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂行為，如果您有應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂試驗(yàn)的相關(guān)檢測(cè)，歡迎前來(lái)咨詢(xún)，我們會(huì)有專(zhuān)業(yè)的項(xiàng)目工程師為您答疑解惑，期待您的來(lái)電！