摘 要:某核电机组阀门引漏管发生开裂,采用宏观观察、化学成分分析、金相检验、维氏硬度测 试、扫描电镜和能谱分析等方法对引漏管的开裂原因进行分析。结果表明:引漏管开裂的原因为应 力腐蚀,腐蚀介质为氯离子,最后提出了相关建议。

关键词:核电机组;引漏管;Z2CND17-12钢;应力腐蚀开裂

中图分类号:TB31;TG115.5 文献标志码:B 文章编号:1001-4012(2023)02-0043-04

Z2CND17-12 奥 氏 体 不 锈 钢 为 法 国 RCC-M 《压水堆核岛机械设备设计和建造规则》中的牌 号,其近似牌号为 GB/T14975—2012 《结构用不 锈钢无缝钢管》中的022Cr17Ni12Mo2钢。该材料 因具有良好的力学性能、耐腐蚀性能、组织稳定性 和抗 中 子 辐 照 性 能,被 广 泛 用 于 核 电 站 设 备 中[1-2]。某 核 电 机 组 检 修 过 程 中 发 现 材 料 为 Z2CND17-12钢的阀门引漏管发生多次开裂。阀 门引漏管的主要作用是将阀门泄漏的介质引流至 泄压箱,阀门介质主要为含硼水,引漏管从安装至 断裂共运行约5a,引漏管的规格为21.3 mm× 2.77mm(外径×壁厚),管内压力为0.2MPa。笔 者采用一系列理化检验方法对该阀门引漏管的开 裂原因进行了分析,并提出了相关建议。

1 理化检验

1.1 宏观观察

截取开裂引漏管的宏观形貌如图1所示。横向 裂纹断面的宏观形貌如图2所示。由图1~2可知: 开裂引漏管内表面存在多条环向裂纹;裂纹断面无 宏观塑性变形,呈脆性断裂特征;裂纹面上存在黄褐 色腐蚀痕迹。

1.2 化学成分分析

对开裂引漏管试样进行化学成分分析,结果如 表1所示。由表1可知:试样的化学成分分析结果 符合RCCM M3304—2007《用于1,2级和3级设 备的奥氏体不锈钢钢管 (热交换器管除 外)》对 Z2CND17-12钢的要求。

1.3 金相检验

在试样开裂部位制取纵向试样,在光学显微镜 下观察,结果如图3所示。由图3可知:试样的显微 组织为奥氏体,晶粒度均为6~8级,未见异常;近 内、外壁显微组织未见明显差异。试样裂纹均由内 壁向外壁穿晶开裂,裂纹存在很多分枝,裂纹尖端多 呈树枝状分叉,为应力腐蚀裂纹的特征[3];外壁未见 异常。

1.4 维氏硬度测试

按照GB/T4340.1—2009《金属材料 维氏硬度 试验 第1部分:试验方法》对金相试样进行维氏硬 度测试,测点位置如图4所示,测试结果如表2所 示。由表2可知:试样的硬度略高于GB/T14975— 2012对Z2CND17-12钢的要求;裂纹附近及远离裂 纹处的硬度未见明显差异。

1.5 扫描电镜(SEM)分析

截取开裂引漏管试样,其内表面及横向裂纹断 面的SEM 形貌如图5~6所示。由图5~6可知:试样内表面存在腐蚀裂纹和腐蚀坑,腐蚀裂纹中充满 腐蚀产物,外表面未见异常;横向裂纹打开后的裂纹 断面呈脆性穿晶开裂特征,无疲劳断裂特征,裂纹面 上有一层腐蚀产物。

1.6 能谱分析

试样内表面断口和横向裂纹断面的能谱分析位 置如图7所示,分析结果如表3所示。由表3可知: 内表面及横向裂纹断面均存在腐蚀性元素氯。

2 综合分析

引漏管材料的硬度高于标准要求,化学成分及 显微组织未见异常。引漏管内表面存在多条环向裂 纹,微观下存在因腐蚀形成的腐蚀裂纹和腐蚀坑;裂 纹面无宏观塑性变形,呈脆性穿晶开裂,无疲劳断裂 特征,裂纹面上存在黄褐色的腐蚀产物;由内壁向外 壁发生穿晶开裂,存在很多分枝,尖端多呈树枝状分 叉;内表面及裂纹面均存在腐蚀性元素氯。裂纹特 征均属于应力腐蚀裂纹。

应力腐蚀是材料、环境、应力相互作用的结果。 材料对应力腐蚀的敏感性与材料的强度、显微组织、 杂质含量、所受应力的大小以及腐蚀介质等因素 有关。

硬度超标表明开裂引漏管试样残留较高的残余 应力,是应力腐蚀开裂的根源。内壁均有腐蚀坑,表 明管内存在少量氯离子引起的点蚀。阀门内部流动 的一回路介质,是严格控制氯离子的除盐水,但不能 排除少量渗漏的一回路水中氯离子的富集,也不排 除在人为去污擦拭过程中引入氯离子的可能。

综上所述,引漏管开裂的原因为应力腐蚀,腐蚀 介质为氯离子,在应力和腐蚀介质氯离子的共同作 用下,发生了应力腐蚀开裂。

3 结语

引漏管开裂的原因为应力腐蚀,腐蚀介质为氯 离子。建议严格控制引漏管内的氯离子含量,并使 用经过充分固溶处理的引漏管,以降低应力腐蚀的 敏感性。

参考文献:

[1] 刘建洲.奥氏体不锈钢的应力腐蚀及其防护[J].石油 化工设备技术,2010,31(4):49-53.

[2] 李嘉栋,陈超,张世贵,等.不同应力条件下不锈钢局 部腐蚀行为的研究进展[J].表面技术,2021,50(3): 101-115.

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

<文章来源> 材料与测试网 > 期刊论文 > 理化检验－物理分册 > 59卷 > 2期 (pp:43-46)>