核级316LN不锈钢弯管在高温高压水中的应力腐蚀裂纹扩展行为

朱若林,张利涛,王俭秋,张志明,韩恩厚

中国科学院金属研究所

STRESS CORROSION CRACK PROPAGATION BEHAVIOR OF THE ELBOW PIPE OF NUCLEAR GRADE 316LN STAINLESS STEEL IN HIGH TEMPERATURE WATER

全文: PDF(951 KB)

摘要: 采用直流电位降（DCPD）技术，实现了在模拟核电一回路高温高压水环境中对核级316LN不锈钢弯管材料应力腐蚀裂纹扩展的实时监测，同时利用扫描电子显微镜（SEM）和电子背散射衍射（EBSD）技术对试样断口及裂纹扩展路径进行观察。研究结果表明，在270 °C ~ 330 °C范围，316LN不锈钢弯管材料在高温高压水环境中的应力腐蚀裂纹扩展速率随着温度的升高而单调增加，其裂纹扩展的表观激活能（Eaae）为52 KJ/mol。硼锂溶液对裂纹扩展速率有一定的影响，其影响程度和溶液在特定温度下的pH值有关。应力腐蚀断口呈现典型的沿晶开裂形貌，且裂纹沿着大角度晶界扩展。

关键词 ：压水堆核电站, 316L奥氏体不锈钢, 高温高压水, 应力腐蚀, 裂纹扩展速率

Abstract： The direct current potential drop (DCPD) method with the function of in-situ measuring the crack length of compact tension (CT) specimen was used to research the stress corrosion crack propagation behavior of the elbow pipe of nuclear grade 316LN stainless steel in pressurized high temperature water. Meanwhile, the scanning electron microscope (SEM) and electron back scattering diffraction (EBSD) were used to analyze the fracture surface and the crack growth path of the CT specimen. The results indicated that the crack growth rate monotonically increased with the increase of temperature ranging from 270 °C to 290 °C, 310 °C, and 330 °C, respectively and the crack growth rate at 330 °C was 1.7× larger than that of 270 °C. The apparent activation energy (Eaae) for stress corrosion crack propagation of 316LN stainless steel was 52 KJ/mol. The crack growth rate of 316LN stainless steel was affected by the solution with dissolved 1500 mg/L B + 2.3 mg/L Li in pressurized high temperature water and the influence extent depended on the pH of the solution. The results of the crack growth rates could provide data support for the plant safety evaluation and remnant life prediction. Intergranular stress corrosion cracking was observed for the fracture surface of 316LN stainless steel tested in pressurized high temperature water. The crack propagated along with the large angle grain boundary instead of coincidence site lattice (CSL) boundaries and lots of secondary cracks were observed. Moreover, the residual strain of grain boundary was larger than that of the interior of the grains.

Key words： pressurized water reactor austenite stainless steel high temperature water stress corrosion cracking crack growth rate

收稿日期: 2017-01-13

ZTFLH:

TG172

基金资助:中国科学院前沿科学重点研究项目;中国国家自然科学基金

通讯作者: 王俭秋

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