摘 要:某核電機(jī)組閥門引漏管發(fā)生開裂,采用宏觀觀察、化學(xué)成分分析、金相檢驗(yàn)、維氏硬度測 試、掃描電鏡和能譜分析等方法對引漏管的開裂原因進(jìn)行分析。結(jié)果表明:引漏管開裂的原因?yàn)閼?yīng) 力腐蝕,腐蝕介質(zhì)為氯離子,最后提出了相關(guān)建議。

關(guān)鍵詞:核電機(jī)組;引漏管;Z2CND17-12鋼;應(yīng)力腐蝕開裂

中圖分類號:TB31;TG115.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B 文章編號:1001-4012(2023)02-0043-04

Z2CND17-12 奧 氏 體 不 銹 鋼 為 法 國 RCC-M 《壓水堆核島機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)和建造規(guī)則》中的牌 號,其近似牌號為 GB/T14975—2012 《結(jié)構(gòu)用不 銹鋼無縫鋼管》中的022Cr17Ni12Mo2鋼。該材料 因具有良好的力學(xué)性能、耐腐蝕性能、組織穩(wěn)定性 和抗 中 子 輻 照 性 能,被 廣 泛 用 于 核 電 站 設(shè) 備 中[1-2]。某 核 電 機(jī) 組 檢 修 過 程 中 發(fā) 現(xiàn) 材 料 為 Z2CND17-12鋼的閥門引漏管發(fā)生多次開裂。閥 門引漏管的主要作用是將閥門泄漏的介質(zhì)引流至 泄壓箱,閥門介質(zhì)主要為含硼水,引漏管從安裝至 斷裂共運(yùn)行約5a,引漏管的規(guī)格為21.3 mm× 2.77mm(外徑×壁厚),管內(nèi)壓力為0.2MPa。筆 者采用一系列理化檢驗(yàn)方法對該閥門引漏管的開 裂原因進(jìn)行了分析,并提出了相關(guān)建議。

1 理化檢驗(yàn)

1.1 宏觀觀察

截取開裂引漏管的宏觀形貌如圖1所示。橫向 裂紋斷面的宏觀形貌如圖2所示。由圖1~2可知: 開裂引漏管內(nèi)表面存在多條環(huán)向裂紋;裂紋斷面無 宏觀塑性變形,呈脆性斷裂特征;裂紋面上存在黃褐 色腐蝕痕跡。

1.2 化學(xué)成分分析

對開裂引漏管試樣進(jìn)行化學(xué)成分分析,結(jié)果如 表1所示。由表1可知:試樣的化學(xué)成分分析結(jié)果 符合RCCM M3304—2007《用于1,2級和3級設(shè) 備的奧氏體不銹鋼鋼管 (熱交換器管除 外)》對 Z2CND17-12鋼的要求。

1.3 金相檢驗(yàn)

在試樣開裂部位制取縱向試樣,在光學(xué)顯微鏡 下觀察,結(jié)果如圖3所示。由圖3可知:試樣的顯微 組織為奧氏體,晶粒度均為6~8級,未見異常;近 內(nèi)、外壁顯微組織未見明顯差異。試樣裂紋均由內(nèi) 壁向外壁穿晶開裂,裂紋存在很多分枝,裂紋尖端多 呈樹枝狀分叉,為應(yīng)力腐蝕裂紋的特征[3];外壁未見 異常。

1.4 維氏硬度測試

按照GB/T4340.1—2009《金屬材料 維氏硬度 試驗(yàn) 第1部分:試驗(yàn)方法》對金相試樣進(jìn)行維氏硬 度測試,測點(diǎn)位置如圖4所示,測試結(jié)果如表2所 示。由表2可知:試樣的硬度略高于GB/T14975— 2012對Z2CND17-12鋼的要求;裂紋附近及遠(yuǎn)離裂 紋處的硬度未見明顯差異。

1.5 掃描電鏡(SEM)分析

截取開裂引漏管試樣,其內(nèi)表面及橫向裂紋斷 面的SEM 形貌如圖5~6所示。由圖5~6可知:試樣內(nèi)表面存在腐蝕裂紋和腐蝕坑,腐蝕裂紋中充滿 腐蝕產(chǎn)物,外表面未見異常;橫向裂紋打開后的裂紋 斷面呈脆性穿晶開裂特征,無疲勞斷裂特征,裂紋面 上有一層腐蝕產(chǎn)物。

1.6 能譜分析

試樣內(nèi)表面斷口和橫向裂紋斷面的能譜分析位 置如圖7所示,分析結(jié)果如表3所示。由表3可知: 內(nèi)表面及橫向裂紋斷面均存在腐蝕性元素氯。

2 綜合分析

引漏管材料的硬度高于標(biāo)準(zhǔn)要求,化學(xué)成分及 顯微組織未見異常。引漏管內(nèi)表面存在多條環(huán)向裂 紋,微觀下存在因腐蝕形成的腐蝕裂紋和腐蝕坑;裂 紋面無宏觀塑性變形,呈脆性穿晶開裂,無疲勞斷裂 特征,裂紋面上存在黃褐色的腐蝕產(chǎn)物;由內(nèi)壁向外 壁發(fā)生穿晶開裂,存在很多分枝,尖端多呈樹枝狀分 叉;內(nèi)表面及裂紋面均存在腐蝕性元素氯。裂紋特 征均屬于應(yīng)力腐蝕裂紋。

應(yīng)力腐蝕是材料、環(huán)境、應(yīng)力相互作用的結(jié)果。 材料對應(yīng)力腐蝕的敏感性與材料的強(qiáng)度、顯微組織、 雜質(zhì)含量、所受應(yīng)力的大小以及腐蝕介質(zhì)等因素 有關(guān)。

硬度超標(biāo)表明開裂引漏管試樣殘留較高的殘余 應(yīng)力,是應(yīng)力腐蝕開裂的根源。內(nèi)壁均有腐蝕坑,表 明管內(nèi)存在少量氯離子引起的點(diǎn)蝕。閥門內(nèi)部流動 的一回路介質(zhì),是嚴(yán)格控制氯離子的除鹽水,但不能 排除少量滲漏的一回路水中氯離子的富集,也不排 除在人為去污擦拭過程中引入氯離子的可能。

綜上所述,引漏管開裂的原因?yàn)閼?yīng)力腐蝕,腐蝕 介質(zhì)為氯離子,在應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)氯離子的共同作 用下,發(fā)生了應(yīng)力腐蝕開裂。

3 結(jié)語

引漏管開裂的原因?yàn)閼?yīng)力腐蝕,腐蝕介質(zhì)為氯 離子。建議嚴(yán)格控制引漏管內(nèi)的氯離子含量,并使 用經(jīng)過充分固溶處理的引漏管,以降低應(yīng)力腐蝕的 敏感性。

參考文獻(xiàn):

[1] 劉建洲.奧氏體不銹鋼的應(yīng)力腐蝕及其防護(hù)[J].石油 化工設(shè)備技術(shù),2010,31(4):49-53.

[2] 李嘉棟,陳超,張世貴,等.不同應(yīng)力條件下不銹鋼局 部腐蝕行為的研究進(jìn)展[J].表面技術(shù),2021,50(3): 101-115.

[3] TAKAKUWA O,SOYAMA H.Effectofresidual stressonthecorrosionbehaviorofausteniticstainless steel[J].Advancesin Chemical Engineering and Science,2015,5(1):62-71

<文章來源> 材料與測試網(wǎng) > 期刊論文 > 理化檢驗(yàn)－物理分冊 > 59卷 > 2期 (pp:43-46)>