高溫模擬壓水堆一回路水中對690TT鎳基合金SCC敏感性的影響

林根仙,宋利君,劉燦帥,崔同明,許鑫和,呂戰鵬

(1.蘇州熱工研究院有限公司,蘇州 215004;2.上海大學材料科學與工程學院材料研究所,上海 200072)

1 試驗

1.1 試驗材料

試驗材料為690TT鎳基合金傳熱管,化學成分(質量分數)為:10.511% Fe，29.469% Cr，59.000% Ni，0.003% Si,0.020% C,0.340% Mn,0.020% Al,0.013% Co,0.009% Cu,0.024% Ti。從690TT鎳基合金傳熱管上截取金相試樣,使用SiC防水砂紙逐級(至2000號)打磨試樣表面,然后用1 μm的金剛石研磨膏進行機械拋光(轉速250 r/min,時間15 min),再依次用無水乙醇和丙酮超聲清洗。在10%(質量分數)草酸溶液中采用30 V直流電對處理過的金相試樣進行電解刻蝕(時間30～40 s)。然后,采用光學顯微鏡和掃描電鏡(SEM)觀察690TT鎳基合金的組織,如圖1所示,可見其平均晶粒尺寸約為42 μm,晶界上密布著析出的碳化物。

(a) OM

(b) SEM圖1 690TT鎳基合金的顯微組織Fig.1 Microstructure of nickel-based alloy 690TT: (a) OM; (b) SEM

1.2 慢應變速率試驗(SSRT)

將690TT鎳基合金傳熱管制成管狀試樣,尺寸如圖2所示。依次用400號、600號、1000號、1500號SiC防水砂紙打磨試樣表面,并用去離子水、無水乙醇和丙酮依次超聲清洗。SSRT的試驗儀器和具體步驟參見文獻[21-22]。

圖2 慢應變速率試驗管狀試樣的尺寸Fig.2 Size of tubular specimen for SSRT

2 結果與討論

2.1 SSRT結果

690TT鎳基合金在310 ℃含不同量硫酸根離子模擬壓水堆一回路水中的SSRT結果如表1所示。結果表明:在不含硫酸根離子的高溫水環境中690TT鎳基合金的延展性最好,斷后伸長率達到了68.9%,從拉伸開始到最后斷裂的平均時間即破斷時間約為382 h。當310 ℃模擬壓水堆一回路水溶液中添加硫酸根離子后，690TT鎳基合金的斷后伸長率降低，破斷時間縮短，斷面收縮率和抗拉強度降低。

表1 690TT鎳基合金在310 ℃含不同量硫酸根離子模擬壓水堆一回路水中的SSRT結果Tab.1 SSRT results for nickel-based alloy 690TT in 310 ℃ simulated PWR primary water with different concentrations

2.2 斷口形貌

(a) 正面整體形貌

(b) 正面局部形貌

(c) 側面整體形貌

(d) 側面局部形貌圖3 在310 ℃不含的模擬壓水堆一回路水中690TT鎳基合金的斷口形貌Fig.3 Fracture morphology of nickel-based alloy 690TT in simulated PWR primary water without at 310 ℃: (a) overall morphology of the front; (b) localized morphology of the front; (c) overall morphology of the side; (d) localized morphology of the side

(a) 正面整體形貌

(b) 正面局部形貌

(c) 側面整體形貌

(d) 側面局部形貌圖4 在310 ℃含的模擬壓水堆一回路水中690TT鎳基合金的斷口形貌Fig.4 Fracture morphology of nickel-based alloy 690TT in simulated PWR primary water containing 15 μg/kg at 310 ℃: (a) overall morphology of the front; (b) localized morphology of the front; (c) overall morphology of the side; (d) localized morphology of the side

(a) 正面整體形貌

(b) 正面局部形貌

(c) 側面整體形貌

(d) 側面局部形貌圖5 在310 ℃含的模擬壓水堆一回路水中690TT鎳基合金的斷口形貌Fig.5 Fracture morphology of nickel-based alloy 690TT in simulated PWR primary water containing 50 μg/kg at 310 ℃: (a) overall morphology of the front; (b) localized morphology of the front; (c) overall morphology of the side; (d) localized morphology of the side

(a) 正面整體形貌

(b) 正面局部形貌

(c) 側面整體形貌

(d) 側面局部形貌圖6 在310 ℃含的模擬壓水堆一回路水中690TT鎳基合金的斷口形貌Fig.6 Fracture morphology of nickel-based alloy 690TT in simulated PWR primary water containing 1 500 μg/kg at 310 ℃: (a) overall morphology of the front; (b) localized morphology of the front; (c) overall morphology of the side; (d) localized morphology of the side

3 結論

(1) 在310 ℃含不同量硫酸根離子模擬壓水堆一回路水中對690TT鎳基合金進行慢應變速率試驗后,合金表面均失去金屬光澤,斷口附近也都出現頸縮現象。

(2) 690TT鎳基合金的斷口大多呈剪切狀或者傾斜狀。當高溫模擬壓水堆一回路水中硫酸根離子含量較低時,690TT鎳基合金的SCC敏感性低,當硫酸根離子質量分數增加至1 500 μg/kg時,690TT鎳基合金斷口邊緣出現了局部穿晶裂紋,SCC敏感性提高。