案例：压水堆蒸汽发生器传热管的晶间腐蚀

2021-08-20 10:50:06 作者：工业小南点来源：工业小南点分享至：

压力容器晶间腐蚀失效案例

案例2.压水堆蒸汽发生器传热管的晶间腐蚀

600合金良好的耐均匀腐蚀性能和耐Cl-诱发的SCC性能，用于压水堆蒸汽发生器管材。国内某压水堆600合金的蒸汽发生器传热管在实际运行过程中由于冷凝器泄漏、磷酸盐水处理等原因使某些有害杂质（如Cl-、OH-、Pb、PbO）进入二次侧回路并在蒸汽发生器管板缝隙处富集浓缩，造成传热管的晶间腐蚀（ IGA ）和晶间型SCC（ Pb-SCC和IGSCC ）。

为此研究人员通过模拟压水堆二回路浓缩介质环境进行腐蚀试验。试验选用在较高温度下含铅碱溶液中浸泡U-型弯曲试样并进行扫描电镜（SEM）、能谱（EDX）和XRD分析测试，对国内传热管的晶间腐蚀和晶间型SCC机理分析提供试验性数据。

01 实验方法

实验材料为进口Φ19.05 mm×1.09 mm 退火态600合金管材，高温退火温度为1024℃，屈服强度272 MPa，抗拉强度 640MPa，延伸率49%；低温退火温度为927℃，屈服强度 374 MPa，抗拉强度726 MPa, 延伸率42%。

U型弯曲之前，在INSTRON 8562 实验机上以0.5 mm·s-1对试样进行35%冷拉预变形。然后放在高压釜中进行SCC试验。试验温度为330℃，介质为NaOH 10%（mass）加10g·L-1 PbO。试验时间为30d。浸泡实验完成后，将样品清洗、镶嵌和抛光，在光学显微镜下检查裂纹，然后用AEM进行形貌观察和EDX分析。

02 SEM 观察

从图4- 31中可见，金相组织为典型的奥氏体组织，高温退火态晶粒明显比低温轧制退火态晶粒大，图4-31a。低温退火态组织基体中有分散的碳化物以及沿晶界的少量颗粒，图4-31b。

图4-32为弯曲试样浸泡30d后的顶端纵切截面形貌。可以看出，材料表现为较严重的晶间腐蚀，腐蚀深度达到2个～ 3个晶粒。图4-33为低温退火态试样腐蚀试验后的截面形貌，最大晶间腐蚀（ IGA ）深度达到270μm，并有向沿晶SCC（ IGSCC）转化的趋势。

图4-31 600合金12% H2CrO4浸蚀金相组织

图4-32 高温退火态晶间腐蚀

图4-33 低温退火态600合金腐蚀试验后的截面形貌

03 EDX分析

对腐蚀前的样品进行EDX分析，发现晶间腐蚀裂纹中均含有Pb，沿图4-34a沿斜向下方向（箭头方向）线扫描后Pb的分布随扫描点与起始点距离的变化曲线，结果铅含量（峰值）与图4- 34a纹处对应，说明Pb在腐蚀晶间裂缝处有一定量的富集，图4- 34b。

图4-34 低温退火600合金SCC试验后金相腐蚀前微观形貌和能谱分析

04 讨论

①退火温度对600合金SCC行为的影响。高、低温退火对材料SCC的影响不明显。试验表明在较高温度下退火会使晶粒长大，碳化物全部溶解，但不能使晶界贫Cr区减小。轧制退火温度为925℃时，U-弯曲试样会发生最严重的开裂。因为采用的试验条件比高温纯水环境要苛刻得多，所以蒸汽发生器传热管在实际运行环境中的晶间腐蚀速率不会像模拟试验这样快。

②冷拉预变形对600合金SCC行为的影响。35%的冷拉预变形所需要的名义应力能达到660MPa左右，而其中产生弹性变形的名义应力有300MPa，由此估算得到35%预拉伸产生的纵向残余应力为360MPa 左右，相当于U-型弯曲时顶端纵向拉应力的一半。对样品SEM 的观察表明，35%的预变形对SCC的影响不明显。

③EDX 分析结果

分析结果表明晶间腐蚀裂缝中含Pb。327℃时 PbO 的溶解度为0.013%，而本试验的氧化铅浓度远远高于这个值。这说明了铅更易促进晶界铬的溶解。高温含铅溶液中的电化学测试表明，铅的存在使600合金的破裂电位降低，促进其表面膜中贫Cr，同时大大增加了其阳极溶解电流密度。

高浓度的氧化铅显著地促进了600 合金的IGA，而较严重的晶间腐蚀又使应力得以释放，最终没有能形成明显的SCC裂纹。在实际运行环境中，二回路水环境是经过全挥发（ AVT ）处理，此时氢的含量很低，所以600合金会发生晶间腐蚀及沿晶SCC（ IGSCC）。

05 结论

在含铅的高温碱溶液中，当氢含量很高时，600合金表现为较严重的IGA，侵蚀晶界中有铅的沉积。氢的产生和氧化铅促进600合金的选择性溶解是IGA 发生的2个主要因素；冷拉预变形、退火温度对材料SCC行为的影响不明显。

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