冷變形316L不銹鋼管在高溫高壓水中的應(yīng)力腐蝕分析

 浙江至德鋼業(yè)有限公司采用恒應(yīng)力強度因子K=33MPa·m1/2的加載方法,利用直流電壓降方法在線監(jiān)測核輔管道316L不銹鋼管在高純水中應(yīng)力腐蝕裂紋擴展速率.對比200、250、280和325℃溫度下,氬氣除氧和含有2 mg·L-1溶解氧的水化學環(huán)境中材料的裂紋擴展速率發(fā)現(xiàn):溶解氧為2 mg·L-1時的裂紋擴展速率明顯比氬氣除氧時的裂紋擴展速率高.氬氣除氧時,裂紋擴展速率在250℃時有一個最高點。溶解氧為2 mg·L-1的條件下,裂紋擴展速率隨溫度的升高而升高。自20世紀70年代以來，沸水堆壓力邊界材料出現(xiàn)了很多應(yīng)力腐蝕開裂事件.例如,因焊接敏化引起一回路304不銹鋼管應(yīng)力腐蝕開裂，并造成了安全事故。輕水堆核電廠中一回路壓力邊界材料的應(yīng)力腐蝕已經(jīng)成為制約核電廠安全和經(jīng)濟的關(guān)鍵問題,并且在沒有敏化的316L不銹鋼管中也出現(xiàn)了應(yīng)力腐蝕開裂。隨著反應(yīng)堆運行時間的增長，國內(nèi)的壓水堆核電站內(nèi)的應(yīng)力腐蝕問題逐漸突出。

 早期,國外很多專家采用慢拉伸的方法對敏化304不銹鋼管在高電導(dǎo)率的水中進行了溫度影響規(guī)律的研究，浙江至德鋼業(yè)有限公司對敏化304不銹鋼管在含高溶解氧的水中研究結(jié)果發(fā)現(xiàn): 在200~288℃范圍內(nèi)裂紋擴展速率隨溫度單調(diào)上升;但在0.2 mg·L-1溶解氧的水中,裂紋擴展速率在250~288℃之間隨溫度上升而降低。另外一些專家采用緊湊拉伸試樣和恒應(yīng)力強度因子K的方法進行了研究，使用厚度為半英寸的緊湊拉伸試樣，發(fā)現(xiàn)敏化304不銹鋼管在含氧200μg·L-1、電導(dǎo)率0.27μS·cm-1 硫酸的純水中,裂紋擴展速率最大值出現(xiàn)在200℃。至德鋼業(yè)利用0.5噸緊湊拉伸(CT)試樣恒定K=33 MPa·m 1/2發(fā)現(xiàn)敏化304不銹鋼在溶解氧為0.5 mg·L-1的高純水中,溫度在150~288℃之間時裂紋擴展速率隨溫度增加而單調(diào)上升.然而,在含硫酸的溶液中,裂紋擴展速率在150℃時出現(xiàn)了最高值。采用雙懸臂梁試樣對冷變形的316L在110~288℃含氧2 mg·L-1和7.5 mg·L-1高純水中的實驗結(jié)果顯示,材料的裂紋擴展速率隨溫度的上升而升高。使用冷作變形的316L不銹鋼管在氫氣除氧的水環(huán)境下發(fā)現(xiàn)裂紋擴展速率在290~340℃之間隨溫度的升高而升高。

 目前，國外絕大多數(shù)實驗裂紋擴展速率數(shù)據(jù)都是關(guān)于高碳敏化不銹鋼的,國內(nèi)在裂紋擴展速率測量方面的研究還基本上屬于空白。而且,利用斷裂力學試樣準確測得低碳鋼在高純水中的裂紋擴展速率數(shù)據(jù)則更少.因為在正常工況下，一回路內(nèi)不同位置的材料的工作溫度不同,并且在停止和啟動時也會有溫度的變化，所以本實驗的目的一方面是對反應(yīng)堆輔助管道材料316L不銹鋼管在不同溫度和溶解氧下的裂紋擴展速率進行測量，為核電廠提供準確的裂紋擴展速率數(shù)據(jù),另一方面是通過觀察裂紋擴展速率根據(jù)溫度的影響來研究裂紋擴展機理的主要控制因素。