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1、- j 9 9 2 年第5 期 辞L， ” 卜 ； 弘 物理 测斌 一 l7 5 2 弋 Z G O C r S Ni 4 Mo 不锈钢在高温高压水中 的应力腐蚀性能研究 于 戏 拢陌蒋造研 究所) 7 ，1 摘要本文采用恒应变速率法，研究了接 电站一 回路水质对Z G 0 C r t B N i 4 Mo 不锈钢应力腐蚀开裂性能 的影响。 试验结果裹明，该不错钢 在上述介质中具有一定 的应力腐蚀敏感性，但不严重J在慢应变速率拉伸条件下，该锕雕 应力腐_蚀敏 感系 数 为9 3 9 。 关 键 词Z G 0 C rl 3N i4 M e ， 应 力 腐 蚀 开 裂 ， 应 力 腐 蚀 敏 瘟
2、系 数 与 旃 辆， 侍 钢， 1 前官 近年来，应力腐蚀开裂 ( S C C )已成为棱电工业材料腐蚀损坏的首要问题。核电站中 发生S C C 的部件多在高温高压水工况条件下运行。因此，在设计选材时，研究材料在高温 高压水质中的S C C 及其防护措旅成为十分重要而紧迫的问题 对S C C的研究包括冶金环 境和力学诸因素及其综合作用，其中S C C 的环境特性研究是一个十分重要的方面。 Z GO C r i Z Ni 4 Mo 不锈钢是国内外棱电站 中一种应用较广泛的钢材，有关这种钢的组织 与性能研究国内外都做了大量工作。但是关于高温高压嫩质环境对其力学性能的影响，国 外报导很少，国内尚属空
3、白。由于这种钢多直用于重要，关键零部件，其 可 靠 性 要求很 高 因此，有必要对该不锈钢在高温高压水中S c c 敏感性进行研究。本文采用恒应变速率 ( S S R T)法 研究 了核 电站 一回路水 质对ZGO Cr l 3 Ni 4 Mo不 锈 钢S CC的影响 。 2 材料与试验方法 试验材料Z G O Cr 1 3 N i 4 Mo 不镑销，采用5 0 0 公斤非真空感应炉冶炼， 浇铸成Y形 试块。 其化学成分见表 1 衰 1 试块的化学成分， C M n Si S P Ni Cr M0 Cu Co Y形试块软化退火后，先加工成 l 5l 5l O O mm试棒毛坯 ，然后将这些毛坯
4、热处 理 ， 处理制度详见表 2，最后加工成应力腐蚀试样。 采用日本制造的S E R T 一 5 0 0 0 P 一 9 L 应力腐蚀试验讥进行慢应变速率拉 伸试验 拉伸速 率为4 7 1 0 s ，介质环境分别为氩气和核电站一回路水质 ( _p H=6 5 9 ) ，试验 温 度为 3 2 0 C，压力 在1 1 5 1 2 0 a t m之间 。 采AMR A Y I o 0 0 P 扫描电镜观察S S R T 试样的断 口，XJ G 一 0 5 卧式显微镜观察裂纹走 向 。 |日ll罐r 维普资讯 http:/ 2 物理测试 l 9 9 2 年第5 期 5试 验结果与分 析 3 1 应力
5、腐蚀断 裂敏感性指标的计算 关于对试验结果的评价问题 ，目前 尚没 有一个统一的评价 标准 。由于应力腐蚀断裂在 宏 观上 表现 为脆性断裂，若材料原为塑性材 料，则此时断 口断 面收缩 率的变化极 为明 显。 因此 我们选用 “ 延性判据”试样在惰性介质和腐蚀介质 中断 面收缩率的 比 率， 来描 述 在腐 蚀介质 中的应力腐蚀敏 感性 。当比值接近 1时， 表示 应力腐 蚀敏 感性 小，几乎 不产生 应力腐蚀，而当比值 1 时，则表示应力腐蚀敏感性很高，会很快产生应力腐蚀断裂。 应力腐蚀断裂敏感性指 标， 的计算公式 ： = ( 1 一 ) l 0 0 ( 1 ) 、 口 式 申： o 为
6、试样在氩气 中断 面收 缩率 | 为试样在 一回路水 质 中断 面收缩率 。 应力腐蚀实验 的具体结果及 应力腐蚀断 裂敏 感性指标， 计算 结果 均到于表 3 裹 2 热址强制度 裹 5 慢应变速率拉悼磷驻 软化退出 船 D 。 c 6 h ， 炉持 正 业 1 D 0 D 。 c ， 2 h 空持 一 表目止 6 2 0 。 C 4 1 空持 二 撤回 业 5 9 D 。 C ， 炉持 结果与， 位计算结果 由计算结果 可看 出：z G0 cr l 3 Ni 4 M0 不锈钢在核电站一 回路水质 中有一定 的应力腐蚀 敏感性。 3 2 介质环境 对z G0 cr l 3 Ni 4 Mo 不
7、锈 钢力学性能 的影响 图 l， 2分别 是两种试 样尺寸的慢直变拉 伸。一 e 曲线 。试样破断前所吸 收的 能量 可由 萎 餐 t f应 圈 l l 号 量 号 试样 。 曲 线对 比圈 1 号 氲 气，4 号一一匾辟承质 应 变 自 mi ll 图 2 2 号 ，3 号 试样a B 曲线 对 比图 2 号 一回路水质 ，3 号 一氧气 此 曲线下的面积求得 。面积越 大，吸收的能 量越 多，s cc的敏感性越小。由 图 1、 2曲线 都可看 出，棱电站一回路水质环境下试样破断所吸收总能量与在氩气环境下试样破断所吸 4 l口 维普资讯 http:/ ) ， 1 9 9 2 年第5 期 物理
8、测试 收总能量接近 ，从 而我 们可以从 能量 观点进一步 说明 ，Z Go C r l 3 Ni 4 Mo 不 锈 钢 在回路 水质中有一定的S CC 敏 感性 ，但敏感性 不大 。这与 表 3的计算 结论 是一致的 。 3 3断 口分析 采用扫 描电镜观察断 口全 貌时 发现 ，Z GO Cr l 3 Ni 4 Mo 不锈钢 在氩 气介 质 中的断 口全 貌 为韧 窝花 样，无任 何应力腐蚀 引起 的脆性 破裂花样，呈现纯机械断 裂断 口特征 ( 照片 l、 2所示 ) 。在核电站 一回路水质 中断 口全貌除 以韧窝花样为主外 ，在断 口边 缘 也有少量准 解 理花样存在，并在其 上附 有
9、一些腐蚀产物，说明 有应 力腐蚀破 裂倾 向 ( 照片 3、 4、5 、 6 所示)呈混合型断口特征。由于在混合型断 口全貌中，纯机械断裂断口所 占比例甚大， 表明在泼体系中应 力腐蚀敏感性 不大，这 同样与前面的试验结果 相一致 。 照片试样断 口扫描图像 1 一 样断 口 2 3 号样 断 口 3 2 号 样 中间 部位 2 号 样遗 馨都位 s 一4 号样 中间 部 位 6 4 号样 边缘部 位 ( 下转第3 昌 员 L I， 维普资讯 http:/ 0 2 物理测试 1 9 9 P - 年薄5 期 小 ( n A c m ) j结果还表明，改变电偶对相对而稠也 ： 影响电偶电流的大小，
10、虽然腐蚀 电位 随时闸有一定变化 ，但 r 也 僻 电流随 时问很快 碱小 为霉 。观 察腐蚀 届试样 无 乃帮加速 腐蚀珊象。试酷结 表明， 3 5 Na C ! 条件下该利科具有良好的抗电偶腐蚀性能。 4 结论 (1) 为榱 电站而研制的堆用马氏体0 C r l 3 N i 4 Mo 钢，其铸态、变形态、铸态焊肉，以 及 E N i B r F e 一 3 C 焊缝、S S 3 4 7 材料，在3 1 O 、1 0 MP a 的P WR 一次水中静杰条 件下 的腐 蚀均属均匀腐蚀类型，无点腐蚀发生，变形态及E Ni C r F e - 3 B 焊缝金属无品间腐蚀发生。 它们的均匀腐蚀速率分
11、别为4 7 1 、6 8 6 、5 7 9 、1 9 2 、0 8 2 m d II 1 ，0 C r l 3 N i 4 Mo 材料具 有优越于C r l 3 的抗均匀腐蚀性能，满足于堆用材料抗腐蚀性能要 求 ( 小 于1 0 m d m)。 (2) 堆用马 氏体0 Cr l 3 Ni 4 Mo 钢的变形 态采 用 电化学缝 隙腐 蚀 预 测方 法，在室弱B， L i 水中的试验结果表明，无缝隙腐蚀发生J模拟堆用部件结构的铸态基体 对 焊肉，变形 态 基体对热影 响区 ，变形态热影 响区对焊缝区组合接触 情况 下测定 电偶 电 流 结 果袁 明， 0 C r l 3 N i 4 Mo 材料无
12、明显的电偶腐蚀 顷向。 ( 3) 比较各种试验材料抗局部腐蚀性能的优劣而采用的加速腐蚀试验结果表明，从抗 点腐蚀性能来看，EN i C r F e 一 3 B 焊缝金属的性能优于1 3 4 马氏体不锈钢，马氏体变 形态较 铸态难发生点蚀 ，但一旦发生点蚀，发展较迅速 从抗缝隙腐蚀性能来看，E N i C r F e 一 3 B 焊缝金属优于1 3 4 马氏体 不锈钢，马氏体铸态优于变形态 。 ( 4) 本试验工作主要对0 Cr l 3 Ni 4 Mo 的铸态和变形态材料作了相对比较，欲对该材料 的 耐蚀性能作出更全面的评定，建议与常 用C r l 3 系列马氏体钢的耐蚀性能作对比 试 验。 考
13、文献 1 耐蚀台盎 拄中性音氯离子环境中齄博腐蚀强舅方接探讨，希 四届皿太地区鹰蚀拉 圄 台证洽文集第1 l 2 贰 2 TI D- 7 0 05( 1 9 5 7 ) Co f r c i o n d d W e n f H dd b o o k f o r W e f C l t d R e t o r 墨 I 3抚 伦桩 皿 里著， 丛 一译 棱工 翟 中的腐蚀， P 1 9 0 ( 1 9 7 7 ) 。 u | 丁亚平 ， 田柏 固。棱 科 学与工 程，Vo 1 2 ， N0 ( 1 9 9 2 ) 。 ( 上接第 3页) 为了进一步证实上述结论，对断 口附近的纵向和横向断面进行了金相观察，均束发现 应力腐蚀扩展裂纹。这表明，虽然Z GO C r 1 3 N i 4 Mo ) 锈钢在核电站一固路水中对应 力腐蚀 破裂具 有 定的敏感性，但 并 不严 重。 4 结论 1 ) Z GO C r l 3 N i 4 Mo 不锈钢在核电站一回路水质中具有一定 的应力腐蚀敏感 性，但不 严重 。 ( 2) 在慢直变速率拉伸条件下，该钢的应力腐蚀敏癔性指数 =9 3 9 考文蘸 1 上海石 油化 工 _钍广 辊械 研 究所 ZGo cf I s Nl 4 Mo马氏佯不 锈 f l 的应力 l 9 I 蚀 试麓报 告 l 维普资讯 http:/