冷變形316L不銹鋼管在高溫高壓水中的應力腐蝕分析

 浙江至德鋼業(yè)有限公司采用恒應力強度因子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力腐蝕已經成為制約核電廠安全和經濟的關鍵問題,并且在沒有敏化的316L不銹鋼管中也出現(xiàn)了應力腐蝕開裂。隨著反應堆運行時間的增長，國內的壓水堆核電站內的應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果發(fā)現(xiàn): 在200~288℃范圍內裂紋擴展速率隨溫度單調上升;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，國外絕大多數實驗裂紋擴展速率數據都是關于高碳敏化不銹鋼的,國內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據則更少.因為在正常工況下，一回路內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據,另一方面是通過觀察裂紋擴展速率根據溫度的影響來研究裂紋擴展機理的主要控制因素。