熱老化後核級主管道不鏽鋼的點蝕行為及機理

《熱老化後核級主管道不鏽鋼的點蝕行為及機理》是依託安徽工業大學，由王永強擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：熱老化後核級主管道不鏽鋼的點蝕行為及機理
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：王永強
• 依託單位：安徽工業大學

項目摘要

核電主管道作為冷卻劑系統的承壓邊界對核電站安全發揮著重要的作用。熱老化和局部腐蝕是其服役失效的兩種主要形式，熱老化過程中產生的大量納米析出相會加劇局部（點）腐蝕。然而，其機理目前還缺乏足夠的了解，現有MnS點蝕理論不適合夾雜物含量極低的核級不鏽鋼的點蝕行為，貧鉻理論也未能很好解釋大量納米粒子誘發點蝕的機理。本項目針對上述問題，通過（微）電化學、透射電鏡、原子力顯微鏡和數值模擬等手段對熱老化核級鑄造不鏽鋼點蝕行為及機理進行研究。分析納米析出相粒子尺寸、數量及類型對點蝕行為的影響規律以及核電站模擬環境中熱老化不鏽鋼的點蝕行為；研究納米粒子在點蝕萌生、發展過程中相互影響的問題；探討納米析出粒子誘發點蝕的“集體效應”行為；建立熱老化不鏽鋼點蝕物理模型；分析納米析出相對點蝕行為影響的內在本質，揭示微觀結構變化而導致材料點蝕萌生的尺寸效應，豐富不鏽鋼點蝕理論內容，為核電主管道性能全面評估提供科學依據。

結題摘要

熱老化脆化是奧氏體-鐵素體雙相不鏽鋼在一定溫度服役時（例如壓水堆核電站一迴路主管道）不可避免的材料性能退化現象，不僅引起衝擊韌性的降低還會造成腐蝕性能尤其是點蝕性能的下降。雖然國內為對熱老化機理及對力學性能的影響進行了大量研究，但是直至本項目開始實施卻鮮有關於熱老化對點蝕性能影響的系統深入研究。本項目主要針對核電主管道不鏽鋼長期服役過程中因熱老化產生的納米析出相惡化點蝕性能的現象及現有理論在解釋上述現象時遇到的困難，對熱老化後的核電主管道不鏽鋼及典型雙相不鏽鋼的點蝕行為及機理進行了研究。通過微觀結構表征，在450℃長時間熱老化的SAF2205及SAF2507不鏽鋼試樣中發現了文獻中鮮有報導的成分特殊的析出相，此析出相顯示異常高的Mo元素含量。相同溫度下，熱老化時間對Z3CN20.09M不鏽鋼點蝕性能的影響呈拋物線變化規律，7000h前點蝕性能下降明顯，時間繼續延長點蝕性能降低緩慢。熱老化對試樣在模擬核電一迴路主管道冷卻劑中的點蝕性能影響不明顯。環境溫度對含有0.5 mol/L NaCl的模擬核電一迴路主管道冷卻劑溶液中熱老化試樣的點蝕性能影響顯著，而對模擬核電一迴路主管道冷卻劑溶液中熱老化試樣的點蝕性能影響不明顯。兩種溶液中點蝕性能顯著降低的臨界溫度分別為40℃和95℃。熱老化溫度對三種不鏽鋼點蝕性能的影響呈現出不同的規律，對於Z3CN20.09M不鏽鋼，隨著溫度升高點蝕性能一直降低，而對於SAF2205及SAF2507不鏽鋼則先降低後緩慢升高。相同α'相與基體的Cr含量差值時，隨著α' 析出相尺寸增大，界面結合能降低，這促進點蝕發生。大量富鉻納米析出相周圍的貧鉻區相互接觸、連結，形成較大範圍的貧鉻區域，創造了點蝕發生的成分條件和結構尺度條件，表現出納米析出相誘發點蝕的“集體效應”。研究結果不僅可為核電管道安全服役評價提供依據，還可豐富現有點蝕理論。