核電用異種金屬焊接件16MND5-309L-308L-Z2CND18-12N的顯微組織和性能研究.pdf

1、國際工程經(jīng)驗和相關(guān)研究表明腐蝕失效問題對核電站運行經(jīng)濟性和安全性有重要影響，是核電站材料方面的重大挑戰(zhàn)。特別是核島關(guān)鍵材料在高溫高壓水環(huán)境中以應(yīng)力腐蝕破裂（stress corrosion cracking,SCC）為主的環(huán)境促進破裂已成為影響整個系統(tǒng)運行安全性和可靠性的主要問題之一，對這些材料在相關(guān)環(huán)境中的破裂性能進行高質(zhì)量的測試評價至為重要。在此背景下，本工作開展了對模擬法國設(shè)計的二代加壓水堆（pressurized water r

2、eactor, PWR）核電站反應(yīng)堆壓力容器接管-安全端異種金屬焊接件16MND5/309L/308L/Z2CND18-12N的研究，基于國際上已積累的相關(guān)工程經(jīng)驗和實驗室研究數(shù)據(jù)，進行了如下的實驗工作，并得出了相應(yīng)的結(jié)論：
　　（1）測試研究了該焊接件的化學(xué)成分分布。結(jié)果表明，焊接件各組成部分的基體化學(xué)成分符合相關(guān)標準的要求。16MND5/309L界面附近的成分存在顯著變化，F(xiàn)e、Cr、Ni的變化較劇烈。從16MND5到309L

3、，F(xiàn)e的含量迅速下降，Cr和Ni的含量迅速升高。從308L到Z2CND18-12N，F(xiàn)e和Cr的含量略微下降，Ni的含量略微升高。
　　（2）觀察研究了該焊接件的金相組織。結(jié)果表明母材16MND5和Z2CND18-12N的組織形態(tài)分別為上貝氏體和等軸晶粒的奧氏體，焊縫309L和308L的組織形態(tài)為枝晶狀的奧氏體，均勻分布有δ-鐵素體，晶界分布有碳化物。16MND5/309L界面區(qū)域存在硬度很高的馬氏體薄層。
　　（3）測試研

4、究了焊接件的顯微硬度分布。結(jié)果表明硬度存在不均勻性，平均硬度：焊縫309L/308L>母材16MND5>母材 Z2CND18-12N，16MND5/309L界面區(qū)域的局部硬度最高。
　　（4）用慢應(yīng)變速率試驗（SSRT）和電極電位監(jiān)控法，測試研究了覆蓋16MND5/309L/308L/Z2CND18-12N全部典型區(qū)域的二接頭試樣在模擬PWR一回路運行狀態(tài)的290?C高溫水環(huán)境中的SCC行為隨電極電位的變化關(guān)系，以探索水化學(xué)關(guān)鍵參

5、數(shù)溶解氧的影響。結(jié)果表明，電位在-720mV~+100mV區(qū)間內(nèi)對SCC的影響較小，試樣總是以韌性斷裂模式在308L焊縫區(qū)斷裂；當電位上升至+200mV時（代表高氧含量），試樣發(fā)生顯著的SCC脆斷，斷裂集中在16MND5/309L界面區(qū)，即16MND5/309L界面區(qū)是該焊接件抗SCC最薄弱的部位。SCC主裂紋萌生于緊鄰界面的309L完全奧氏體薄層內(nèi)，以沿晶方式擴展，一些SCC次裂紋萌生于緊鄰界面
　?。?）測試研究了僅覆蓋16M

6、ND5/309L/308L部分的單接頭試樣在上述高溫水環(huán)境中的SCC行為。電極電位對該試樣的影響與上述二接頭試樣相似。當電極電位處于-720mV~+100mV范圍內(nèi)，試樣總是以韌性斷裂模式在308L焊縫區(qū)斷裂；當電位上升至+200mV時，試樣發(fā)生顯著的SCC脆斷，斷裂集中在16MND5/309L界面區(qū)。破裂方式也是SCC主裂紋萌生于緊鄰界面的309L完全奧氏體薄層內(nèi)，以沿晶方式擴展，一些 SCC次裂紋萌生于緊鄰界面的16MND5熱影響區(qū)

7、，以穿晶方式擴展。
　?。?）測試研究了該焊接件在模擬PWR一回路停堆狀態(tài)的室溫水環(huán)境中的SCC行為。結(jié)果表明，在應(yīng)變速率為5×10-7s-1的SSRT中，16MND5/309L/308L/Z2CND18-12N二接頭試樣均以宏觀上純力學(xué)韌性斷裂模式失效，試樣失效在16MND5低合金鋼部分，但在16MND5/309L界面處發(fā)現(xiàn)有SCC裂紋；覆蓋16MND5/309L/308L部分的單接頭試樣以宏觀上純力學(xué)韌性斷裂模式失效，試樣失效