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304NG奧氏體不鏽(xiù)鋼在超臨界水環境中的腐蝕行(háng)為是怎(zěn)樣的
時(shí)間:2017-01-05 來源:www.hbcxblg.com

304NG奧(ào)氏體(tǐ)不鏽鋼在超臨(lín)界水環境中的腐蝕行為是怎樣的


為了(le)提高先進核反應堆的發電(diàn)效率,在第四代超(chāo)臨界水冷堆(SCWR)中,冷卻劑出(chū)口溫度被提高到550℃,壓力提高到(dào)25MPa,其熱效率由目前的第(dì)二代輕水反應堆(LWRs)的33%提高到44%左右(yòu)。SCWR運行(háng)在水的臨界點(374℃,22.1MPa)以(yǐ)上,此時冷卻劑對金屬材料(liào)的腐蝕(shí)性極強,現(xiàn)有的LWR堆芯構(gòu)件(jiàn)和包殼材料已不再適用,結構材料的腐蝕已成為開發SCWR的一個關鍵問題。

上海交(jiāo)通大學核科學(xué)工程學(xué)院的研究者們對應用於超(chāo)臨界火電(diàn)站和(hé)壓水堆燃料組件等高溫環境中的材料進行了初步篩選與評估,提(tí)出了一係列SCWR候選材料,其中包括鐵素體-馬氏體鋼、奧氏體不鏽鋼、鎳基合金及氧化物彌散強化鋼。其中,奧氏體不鏽鋼因具有優良(liáng)的耐蝕性、加工(gōng)性能、可焊性和高溫力學性能,在核電站結構件中(zhōng)被大量應用。

304NG奧氏體不鏽鋼(簡稱304NG鋼)是使用最廣且價格相對低廉的一種奧氏體不鏽鋼,常用(yòng)於反應(yīng)堆的(de)堆內構件中,鉻含量約為20%(質量(liàng)分數,下同),鎳含量約為9%。與普通的低鉻奧氏體(tǐ)不鏽鋼相比,鉻含量超(chāo)過18%的304NG鋼具有更加優良的耐均勻腐蝕性(xìng)能。為了研究304NG鋼在SCW中的均勻腐蝕性(xìng)能(néng)以及溫度對其腐蝕性能的影(yǐng)響,研(yán)究工作分別(bié)在550℃和650℃的(de)低容氧(<10μg/L)SCW中對304NG鋼進行腐蝕增重試驗。

均勻腐蝕試驗在高溫高壓循(xún)環水回路腐蝕係統中進行。該設備主要包括一台容積為(wéi)1.5L的高壓釜,為了降低試驗過程中其他物質由於氧化(huà)釋放出雜質離(lí)子對試驗(yàn)產生(shēng)幹擾,所用高(gāo)壓釜釜體、斧蓋、熱電偶套管以(yǐ)及斧內配件均采用625鎳基合(hé)金(jīn)作為原材料,設備的(de)低溫管路部分采用316L不鏽(xiù)鋼,設備中的溫度測量單元和壓力測(cè)量單元分別為K型熱電(diàn)偶和4~20mA輸出的高精(jīng)度的壓力傳感器。試驗(yàn)結果如下:

(1)304NG鋼在550~650℃、25MPaSCW中的腐蝕增(zēng)重遵循冪指數規律,在550℃的SCW中具有較好的抗腐蝕性能,但是(shì)當溫度升高到650℃時,其腐蝕增重速率急劇升高。

(2)304NG鋼在SCW中出現癤狀腐蝕,並且溫(wēn)度能夠(gòu)極大地加(jiā)劇癤狀腐蝕(shí)。

(3)304NG鋼在SCW中的癤狀腐蝕氧化膜為典型的兩層結構,外層富鐵貧鉻,而內層富鉻貧鐵,並且內層氧化膜的厚度要大於外層氧化膜的。隨著腐蝕時(shí)間的延長,腐蝕向周圍(wéi)發展,最終導(dǎo)致不同的癤狀腐蝕區(qū)域(yù)相互融合。

(4)304NG鋼中鉻沿晶界和在晶粒(lì)內部擴散速率(lǜ)的不同,導致癤狀腐蝕在遠離晶界處形核,並且最終發展為癤狀腐蝕。

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