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316L不锈钢在高纯水环境中的腐蚀行为

反应堆主管道是一回路冷却剂循环的主要通道,是冷却剂压力边界,承担着容纳冷却剂和传输热量的核心功能,而且承受着高温、高压、高流速水的腐蚀作用。因此,材料的耐蚀性是主管道材料应用性能的主要评价指标之一。

控氮00Cr17Ni12Mo2不锈钢作为一代主管道用材,因添加了钼和氮元素,大大提高了材料的抗氯离子腐蚀能力,降低了点蚀和应力腐蚀开裂敏感性,具有强度高、塑韧性好、综合性能优异等特点。目前,对于316L不锈钢的长周期耐腐蚀性能研究比较少。为此,中国核动力研究设计院的研究者研究了316L材料在高纯水环境中长时间的腐蚀行为。

材料取自316L不锈钢主管道直管段,试样尺寸为30mm×20mm×3mm,两端各有一个Φ3mm的挂样孔。试验采用4L静态高压釜,试验温度(300±3)℃、饱和蒸气压,腐蚀环境为除氧高纯水,腐蚀周期分别为168,500,1000,2000,3000h。

依次采用120~600号的水磨砂纸打磨试样,去掉原始金属表面;然后对试样进行清洗、干燥,称量,测量尺寸,记录数据;试样放入高压釜中,倒入高纯水2500mL,关釜,升温,当温度升至114℃时,除氧,然后设定温度为300℃,继续升温,达到设定温度后计时。腐蚀试验结束后取出试样,清洗、脱水、干燥、称量,待脱模使用;更换溶液,清洁高压釜内壁,放入其余试样,重新升温、除氧,开始下一周期试验。

随着复试时间的延长,316L不锈钢的平均腐蚀速率急剧下降。这是因为在腐蚀初期,氧化膜的生长受金属的氧化反应控制,导致短时间内由腐蚀产生的质量损失增大;随着腐蚀时间的延长,铁、铬和镍等金属离子向外扩散和氧发生反应,在表面形成铁铬镍的氧化物,阻碍了金属基体与氧接触而发生进一步的腐蚀反应,因此腐蚀速率明显减小。

316L不锈钢在高纯水环境中的平均腐蚀速率为0.05mm/a,随着腐蚀时间延长,其平均腐蚀速率急剧下降。

316L不锈钢腐蚀产物的晶粒细小致密,尺寸约为0.5μm,均匀分布在整个基体表面,腐蚀产物主要以耐蚀性强的Fe3O4、NiFe2O4、FeCr2O4、镍和铬氧化物及氢氧化物等形式存在;腐蚀产物中的(铬+镍)与铁的原子比大于基体中的,说明腐蚀产物主要为富铬镍而贫铁的氧化物,具有较好的耐蚀性。



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