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案例：壓水堆蒸汽發生器傳熱管的晶間腐蝕

2021-08-20 10:50:06 作者：工業小南點來源：工業小南點分享至：

壓力容器晶間腐蝕失效案例

案例2.壓水堆蒸汽發生器傳熱管的晶間腐蝕

600合金良好的耐均勻腐蝕性能和耐Cl-誘發的SCC性能，用于壓水堆蒸汽發生器管材。國內某壓水堆600合金的蒸汽發生器傳熱管在實際運行過程中由于冷凝器泄漏、磷酸鹽水處理等原因使某些有害雜質（如Cl-、OH-、Pb、PbO）進入二次側回路并在蒸汽發生器管板縫隙處富集濃縮，造成傳熱管的晶間腐蝕（ IGA ）和晶間型SCC（ Pb-SCC和IGSCC ）。

為此研究人員通過模擬壓水堆二回路濃縮介質環境進行腐蝕試驗。試驗選用在較高溫度下含鉛堿溶液中浸泡U-型彎曲試樣并進行掃描電鏡（SEM）、能譜（EDX）和XRD分析測試，對國內傳熱管的晶間腐蝕和晶間型SCC機理分析提供試驗性數據。

01 實驗方法

實驗材料為進口Φ19.05 mm×1.09 mm 退火態600合金管材，高溫退火溫度為1024℃，屈服強度272 MPa，抗拉強度 640MPa，延伸率49%；低溫退火溫度為927℃，屈服強度 374 MPa，抗拉強度726 MPa, 延伸率42%。

U型彎曲之前，在INSTRON 8562 實驗機上以0.5 mm·s-1對試樣進行35%冷拉預變形。然后放在高壓釜中進行SCC試驗。試驗溫度為330℃，介質為NaOH 10%（mass）加10g·L-1 PbO。試驗時間為30d。浸泡實驗完成后，將樣品清洗、鑲嵌和拋光，在光學顯微鏡下檢查裂紋，然后用AEM進行形貌觀察和EDX分析。

02 SEM 觀察

從圖4- 31中可見，金相組織為典型的奧氏體組織，高溫退火態晶粒明顯比低溫軋制退火態晶粒大，圖4-31a。低溫退火態組織基體中有分散的碳化物以及沿晶界的少量顆粒，圖4-31b。

圖4-32為彎曲試樣浸泡30d后的頂端縱切截面形貌?？梢钥闯觯?材料表現為較嚴重的晶間腐蝕，腐蝕深度達到2個～ 3個晶粒。圖4-33為低溫退火態試樣腐蝕試驗后的截面形貌，最大晶間腐蝕（ IGA ）深度達到270μm，并有向沿晶SCC（ IGSCC）轉化的趨勢。

圖4-31 600合金12% H2CrO4浸蝕金相組織

圖4-32 高溫退火態晶間腐蝕

圖4-33 低溫退火態600合金腐蝕試驗后的截面形貌

03 EDX分析

對腐蝕前的樣品進行EDX分析，發現晶間腐蝕裂紋中均含有Pb，沿圖4-34a沿斜向下方向（箭頭方向）線掃描后Pb的分布隨掃描點與起始點距離的變化曲線，結果鉛含量（峰值）與圖4- 34a紋處對應，說明Pb在腐蝕晶間裂縫處有一定量的富集，圖4- 34b。

圖4-34 低溫退火600合金SCC試驗后金相腐蝕前微觀形貌和能譜分析

04 討論

①退火溫度對600合金SCC行為的影響。高、低溫退火對材料SCC的影響不明顯。試驗表明在較高溫度下退火會使晶粒長大，碳化物全部溶解，但不能使晶界貧Cr區減小。軋制退火溫度為925℃時，U-彎曲試樣會發生最嚴重的開裂。因為采用的試驗條件比高溫純水環境要苛刻得多，所以蒸汽發生器傳熱管在實際運行環境中的晶間腐蝕速率不會像模擬試驗這樣快。

②冷拉預變形對600合金SCC行為的影響。35%的冷拉預變形所需要的名義應力能達到660MPa左右，而其中產生彈性變形的名義應力有300MPa，由此估算得到35%預拉伸產生的縱向殘余應力為360MPa 左右，相當于U-型彎曲時頂端縱向拉應力的一半。對樣品SEM 的觀察表明，35%的預變形對SCC的影響不明顯。

③EDX 分析結果

分析結果表明晶間腐蝕裂縫中含Pb。327℃時 PbO 的溶解度為0.013%，而本試驗的氧化鉛濃度遠遠高于這個值。這說明了鉛更易促進晶界鉻的溶解。高溫含鉛溶液中的電化學測試表明，鉛的存在使600合金的破裂電位降低，促進其表面膜中貧Cr，同時大大增加了其陽極溶解電流密度。

高濃度的氧化鉛顯著地促進了600 合金的IGA，而較嚴重的晶間腐蝕又使應力得以釋放，最終沒有能形成明顯的SCC裂紋。在實際運行環境中，二回路水環境是經過全揮發（ AVT ）處理，此時氫的含量很低，所以600合金會發生晶間腐蝕及沿晶SCC（ IGSCC）。

05 結論

在含鉛的高溫堿溶液中，當氫含量很高時，600合金表現為較嚴重的IGA，侵蝕晶界中有鉛的沉積。氫的產生和氧化鉛促進600合金的選擇性溶解是IGA 發生的2個主要因素；冷拉預變形、退火溫度對材料SCC行為的影響不明顯。

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