压水堆核电站蒸汽发生器传热管硫致腐蚀失效机理

发布时间：2020-07-12 11:21

【摘要】：压水堆核电站二回路蒸汽发生器传热管与管板缝隙处的腐蚀问题是影响核电站安全运行的问题之一。本文研究了核电蒸汽发生器传热管800、690和600合金在模拟缝隙水化学下的腐蚀电化学行为,系统阐明温度、电极电位、Cl~-和S_2O_3~(2-)的浓度对其腐蚀行为的影响机理。采用极化曲线、不同电位下的电化学阻抗谱和原位形貌研究了在近中性含Cl~-和S_2O_3~(2-)的模拟缝隙化学下800合金表面钝化膜破裂的影响因素。实验结果表明Cl~-和S_2O_3~(2-)的浓度比较高时,二者可以协同破坏钝化膜;Cl~-和S_2O_3~(2-)的浓度比较低时,由于Cl~-的竞争吸附使得协同作用不显著,但阳极电位的升高仍有利于还原态S的形成并使钝化膜的耐蚀性降低。含少量S_2O_3~(2-)的Cl~-溶液中800合金的孔蚀发展速度远高于只含Cl~-的溶液,这是因为S_2O_3~(2-)可在蚀孔内生成元素S催化阳极溶解。通过TEM、XPS等测试表征了钝化膜的多层结构,外层有尖晶石结构、金属的氧化物和氢氧化物,内层主要是金属氧化物。温度升高使钝化膜表面硫化物增多。钝化膜内层结构中存在不连续分布的氧化物,氧化物结构内部存在位错、堆垛层错以及孪晶结构,在内层氧化物与外层氧化物的界面处存在孪晶大角度晶界和多晶结构。铁镍铬合金中Fe、Ni和Cr含量变化对耐硫致腐蚀能力构成影响,铁基合金800耐Cl~-孔蚀的能力强于镍基合金690与600,镍基合金600与690更耐含硫缝隙水化学影响。提高Cr在合金中的含量可提升钝化膜的综合耐蚀性,Ni在含硫缝隙水化学下的表现相对稳定,Fe在含硫缝隙水化学影响下最不稳定。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM623.91;TG172
【图文】：

示意图,直流蒸汽发生器,蒸汽发生器,环流

图 1.1 (a) 环流蒸汽发生器(RSG)与 (b) 直流蒸汽发生器(OTSG)的示意图[3]Fig. 1 1 The view of two typical steam generators (a) RSG and (b) OTSG[3]1.2 蒸汽发生器传热管用材料蒸汽发生器传热管最初使用的材料是 304、316 奥氏体不锈钢[9-12]，但是由于这两种材料尤其不耐 Cl 腐蚀同时又容易发生应力腐蚀开裂而即被广泛研究也被逐渐被淘汰，取代它们的 600 合金亦由于不能满足传热管对耐孔蚀、应力腐蚀以及晶间腐蚀的要求而被广泛研究[8; 13-25]，研究认为应当提高传热管合金的 Cr 含量，为此德国研发了 800 合金，这种合金和 600 合金相比具有更好的抗晶间腐蚀和应力腐蚀的特性。美、法、日等国则在 600 的基础上研发了具有更高耐蚀性的690 合金。传热管合金所常用的五类材料的组成成分如表 1 1 所示。

三元相图,三元相图,合金

图 1 3 400℃时 Fe Ni Cr 三元相图[3]Fig. 1 3 ternary phase diagram of Fe Ni Cr at 40℃.朗等[28]将常用的 600 合金、690 合金以及 800 合金的各种 2 所示的总结，因为热处理机制不同，往往会影响耐蚀性文中总结了 800 合金、690 合金以及 600 合金在酸性以及敏感性，并研究了不同环境下钝化膜的组成成分，同时给表 1 3 所示。表 1 2 600、690 以及 800 合金的各种热处理工艺[28]Table. 1 2 technology for heating processing forAlloy 600, 690 and

腐蚀类型,传热管,蒸汽发生器,应力腐蚀开裂

汽发生器传热管用材料的腐蚀类型汽发生器传热管常见且影响较为明显的腐蚀类型一般分为应力腐晶间腐蚀、凹痕腐蚀（压凹）、划伤等(图 1 4)，同时孔蚀、晶间又可进一步引发应力腐蚀开裂，所以从传热管腐蚀失效统计结果最终以应力腐蚀开裂作为直接失效因素的比例较高。

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