加锌对690合金在高温水中形成的氧化膜的影响

doi:10.11902/1005.4537.2013.196

中国腐蚀与防护学报

2014, Vol. 34

Issue (6): 532-536 DOI: 10.11902/1005.4537.2013.196

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加锌对690合金在高温水中形成的氧化膜的影响

海正银¹(

), 王辉¹, 辛长胜¹, 蔡敏¹, 秦博¹, 陈童²

1. 中国原子能科学研究院北京 102413
2. 核与辐射安全中心北京 100082

Influence of Zn Addition on Oxide Films Formed on Alloy 690 in High Temperature Water

HAI Zhengyin¹(

), WANG Hui¹, XIN Changsheng¹, CAI Min¹, QIN Bo¹, CHEN Tong²

1. China Institute of Atomic Energy, Beijing 102413, China
2. Nuclear and Radiation Safety Center, Beijing 100082, China

全文: PDF(2346 KB) HTML

摘要:

对常用的Inconel 690合金进行模拟压水堆 (PWR) 一回路条件下的堆外高温动水回路加Zn腐蚀实验,加锌浓度为0和50 μg/kg的堆外高温动水回路腐蚀实验。实验1200 h后,对690合金表面氧化膜进行SEM表面形貌观察,EDS元素面扫描分析,XPS元素深度分布分析和小角X射线衍射 (GIXRD) 分析。结果表明,未加锌的样品,氧化膜颗粒粗大、疏松,加锌样品表面形成的氧化膜颗粒细小,与基体结合紧密,氧化膜晶粒尺寸服从Gauss函数分布规律。加锌实验后,氧化膜厚度明显减薄。同时,Zn主要分布在氧化层内部,最高值出现在外层氧化膜靠近表面处。加锌后,在氧化膜中形成了ZnCr₂O₄和ZnFe₂O₄化合物,热力学稳定性更高,更具有保护性。

关键词 ：加锌, 690合金, 高温水, 氧化膜, 压水堆

Abstract：

The application of zinc injection at pressurized water reactors (PWRs) shows great benefits in reducing the radiation field and mitigating the primary water stress corrosion cracking (PWSCC) initiation and crack propagation of structure materials to a certain extent. The oxide film of Inconel 690 exposed to 300 ℃ dynamic high temperature water without/with 50 μg/kg Zn injection up to 1200 h has been investigated by XPS, SEM and EDS. It is revealed that the oxide film formed on Inconel 690 in the water with 50 μg/kg Zn addition is much thinner with grain size much smaller than that without Zn addition, while the distribution of grain size of the oxide film followed the Gauss function. The highest zinc concentration is found in the outer portion of the oxide layer close to the outer surface. Compounds ZnCr₂O₄and ZnFe₂O₄ with low Gibbs energy were formed on the surface of the alloy in water with Zn addition, which make the oxide film much more stable than those in the Zn free water.

Key words： Zn addition Alloy 690 high temperature water oxide film PWR

ZTFLH:

TG174.1

基金资助:国家科技重大专项项目 (2011ZX06004-017) 资助

作者简介: null

海正银，男，1985年生，博士生，研究方向为核电材料腐蚀防护及水化学

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海正银, 王辉, 辛长胜, 蔡敏, 秦博, 陈童. 加锌对690合金在高温水中形成的氧化膜的影响[J]. 中国腐蚀与防护学报, 2014, 34(6): 532-536.
Zhengyin HAI, Hui WANG, Changsheng XIN, Min CAI, Bo QIN, Tong CHEN. Influence of Zn Addition on Oxide Films Formed on Alloy 690 in High Temperature Water. Journal of Chinese Society for Corrosion and protection, 2014, 34(6): 532-536.

链接本文:

https://www.jcscp.org/CN/10.11902/1005.4537.2013.196 或 https://www.jcscp.org/CN/Y2014/V34/I6/532

图1 690合金在300 ℃动态高温除氧水中浸泡1200 h后表面氧化膜的SEM像

图2 690合金在300 ℃动态高温除氧水中浸泡1200 h后表面氧化膜的晶粒尺寸分布

图3 未加锌690合金样品在300 ℃动态高温水中浸泡1200 h后表面氧化膜的EDS分析结果

图4 690合金在300 ℃加锌50 μg/kg动态高温水中浸泡1200 h后表面氧化膜的EDS分析结果

图5 不加锌和加锌两种条件下, 在300 ℃动态高温水中浸泡1200 h后690合金表面氧化膜的XPS元素沿深度分布图

图6 690合金在300 ℃的加锌50 μg/kg动态高温水中浸泡1200 h后表面氧化膜的XPS元素分峰拟合图

图7 690合金在300 ℃不加锌和加锌50 μg/kg动态高温水中浸泡1200 h后表面氧化膜的GIXRD谱

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