[Специальные знания о материалах] Исследование долгосрочной равномерной коррозии нержавеющей стали 316Ti при высокой температуре и высоком давлении.

Thread Content

Китайско-германские исследования долговременной коррозии нержавеющей стали 316Ti Аустенитная нержавеющая сталь имеет очень широкий спектр применения в современной аэрокосмической промышленности и атомной энергетике. Среди них аустенитная нержавеющая сталь 316Ti является ключевым материалом для стали основных труб атомных электростанций с водо-водяными реакторами. Аустенитная нержавеющая сталь 316Ti в основном используется в стабилизирующих сильфонах водо-водяных реакторов, защитных гильзах сопел, корпусах насосов верхней загрузки, парогенераторах атомных подводных лодок и т. д. Добавление титана в 316Ti может улучшить пластичность и высокотемпературные механические свойства нержавеющей стали после облучения. Поскольку титан обладает сильной связывающей способностью с углеродом, титан сначала соединяется с углеродом нержавеющей стали, чтобы уменьшить тенденцию к дефициту хрома на границах зерен. Это может * * Повышение устойчивости нержавеющей стали к межкристаллитной коррозии. Отечественные и зарубежные исследования нержавеющей стали 316Ti в основном сосредоточены на коррозионном растрескивании под напряжением, характеристиках разрушения при ползучести при высоких температурах, коррозионных характеристиках при комнатной температуре, расширении трещин в высокотемпературной воде, влиянии различных элементарных компонентов на межкристаллитную коррозию, изменении характеристик после облучения и т. д. Однако нет сообщений о его равномерных коррозионных характеристиках в высокотемпературной водной среде. В качестве материалов магистральных трубопроводов атомных электростанций AP1000, строящихся в моей стране и которые будут построены в будущем, должна использоваться нержавеющая сталь 316Ti, а химически однородные коррозионные характеристики 316Ti в высокотемпературной воде являются основой для оценки ее эксплуатационных характеристик. Для дальнейшего изучения характеристик равномерной коррозии нержавеющей стали 316Ti в первичной среде водо-водяного реактора на нержавеющей стали 316Ti было проведено 1680-часовое испытание на коррозионную коррозию в статическом котле при высокой температуре и высоком давлении воды. Образовавшиеся на разных стадиях оксидные пленки были подвергнуты микроскопическому анализу и количественно оценена равномерная скорость коррозии. Метод исследования 316Ti 1.1 Экспериментальные материалы Используемая в эксперименте нержавеющая сталь 316Ti произведена внутри страны, ее химический состав приведен в таблице 1. http://image2.135editor.com/cache/remote/aHR0cHM6Ly9tbWJpei5xcGljLmNuL21tYml6X3BuZy9pYVFiU0tpYkV1VEoxcXUyOUZQeVlUT3BYcHIyNGtOZmZqNlNmZ0tvVjY0VlN6cUhuSmdEb1duM2ZYbGcyY0loaWNDckVwT3JJMmVuM0FNZTBBZUVkV3Jwdy8wP3d4X2ZtdD1wbmc= Номинальный размер испытательного образца составляет 25 мм. * 20mm * 2мм, с отверстием в центре образца для подвешивания образца, диаметром 2,5мм. Поверхность образца была последовательно отполирована наждачной бумагой SIC 400#, 800#, 1200# и 2000#, очищена ультразвуком в абсолютном этаноле, высушена для испытаний и взвешена на электронных весах с точностью 0,1 мг. Чтобы уменьшить случайную ошибку теста, использовалось больше параллельных выборок. Первоначально в автоклав поступило 16 параллельных образцов. Тест проводился в четыре цикла, включая 336 часов, 816 часов, 1152 часов и 1680 часов. После каждого цикла образец взвешивали и образец брали на анализ. Испытательная среда предназначена для моделирования водно-химической среды первого контура водо-водяного реактора.: 1000 ppm борной кислоты + 2,2 ppm гидроксида лития, для приготовления раствора используйте сверхчистую воду (удельное сопротивление 18,2 МОм·см). 1.2 Испытательное устройство Испытательное устройство представляет собой статический автоклав емкостью 20 л. Материал автоклава — нержавеющая сталь 316Ti. Объем боро-литиевой воды, добавляемой каждый раз, составляет 13 л. 1.3 Рабочие параметры испытания. Температура испытания составляет 300°C, давление испытания — давление насыщенных водяных паров 8,7 МПа, а значение pH раствора при температуре воды — 6,5. Первый раз он попадает в котел в среде, насыщенной кислородом. После смены воды в каждом последующем цикле для удаления кислорода трижды используется азот по 0,25МПа, содержание растворенного кислорода составляет менее 0,05ppm. Результаты и анализ 316Ti 2.1 Анализ характеристик коррозионной стойкости На рисунке 1 представлена ​​кривая увеличения веса при коррозии нержавеющей стали 316Ti, а на рисунке 2 представлена ​​кривая скорости увеличения веса при коррозии для нержавеющей стали 316Ti. Как значение прироста веса от коррозии, так и значение скорости прироста веса от коррозии отрицательны, поэтому на самом деле это потеря веса от коррозии. Эксперименты показывают, что при коррозии в течение 1152 часов в условиях борной и литиевой воды, моделирующих первый контур водо-водяного реактора, при температуре 300°С, коррозионная потеря массы достигает максимального значения 2,7мг/дм2. ； В 16:80 потеря массы от коррозии упала до 1,39 мг/дм2. ； При 336ч максимальная скорость потери веса составляет 3,16. * 0,0001мг/(дм2·ч) ； В 16:80 скорость потери веса упала до 9,78. * 0,00001мг/(дм2·ч). Доказано, что вначале защитная природа оксидной пленки была плохой, и большая часть образующейся оксидной пленки растворялась, что приводило к серьезной потере веса. С течением времени оксидная пленка становится более плотной и более защитной, поэтому скорость потери веса от коррозии становится все ниже и ниже. Это показывает, что нержавеющая сталь 316Ti имеет лучшую долговременную равномерную коррозионную стойкость. 2.2 Наблюдение за морфологией оксидной пленки После 14 дней моделирования условий первого контура водо-водяного реактора, коррозии под высоким давлением и бор-литиевой водой поверхность нержавеющей стали 316Ti изменила цвет с яркого металлического блеска на голубовато-черный, а цвет оксидной пленки стал однородным. После 34 дней высокотемпературной коррозии цвет поверхности нержавеющей стали 316Ti углубляется и становится коричневым. Цвет 48д и 34д в принципе одинаковый, все так же коричневый. После 70 дней высокотемпературной коррозии цвет становится темно-коричневым. Это согласуется с результатами кривой потери веса. Вначале потеря веса была значительной, и изменение цвета также было очевидным. ； Позже, за счет постепенного образования защитной оксидной пленки, цвет еще больше углубился до темно-коричневого. http://image2.135editor.com/cache/remote/aHR0cHM6Ly9tbWJpei5xcGljLmNuL21tYml6X2pwZy9pYVFiU0tpYkV1VEoxcXUyOUZQeVlUT3BYcHIyNGtOZmZqcW05cjlPaWFwaGpTc3VNRklxVlJpYzd6dU16RmtDRk81UmJJbWpES2ZaUWZKQzRocHVFaWJXTWFRLzA/d3hfZm10PWpwZWc= После 14 дней воздействия насыщенного кислорода, моделирующего коррозию боро-литиевой воды высокой температуры и высокого давления 300°C в первом контуре водо-водяного реактора, на поверхности нержавеющей стали 316Ti не образовался плотный оксидный слой. Вся поверхность (3(c)) была подвергнута анализу энергетического спектра EDX (рис. 3(d)). Результаты анализа представлены в таблице 2. Атомное соотношение атомов кислорода к атомам металла составляет 23:75, а содержание кислорода очень низкое, что доказывает, что оксидный слой очень тонкий, а часть сигнала исходит от основного металла. Атомное отношение (Cr+Ni) к Fe составляет 0,553, что выше, чем 0,514 матрицы, что указывает на большую степень растворения атомов железа в оксидной пленке. Анализ энергетического спектра (рис. 3(f)) проводился на более крупных частицах (рис. 3(e)). Соотношение атомов кислорода к атомам металла составляло 50:49, а содержание Cr и Ni было очень низким, что доказывало, что крупные частицы представляли собой в основном частицы оксида железа. Атомное отношение крупных частиц (Cr+Ni) к Fe составляет 0,073, что значительно ниже матричного — 0,465. Это также доказывает, что крупные частицы представляют собой богатые железом и бедные хромом оксиды никеля. Содержание Ti в крупных оксидных частицах также относительно велико. Этот богатый железом и бедный хромом оксид никеля имеет плохую коррозионную стойкость и сначала растворяется в среде первого контура при высокой температуре и высоком давлении. После 70 дней коррозии в боро-литиевой воде при высокой температуре и давлении 300°C (рис. 4) на поверхности нержавеющей стали 316Ti образовались два слоя оксидов (рис. 4(а)). Самый внутренний слой представляет собой тонкий и плотный оксидный слой. Диаметр частиц тонкого оксидного слоя составляет 200-300 нм. Крупные частицы оксида диаметром 0,5-1,6 мкм рассеяны по тонкому и плотному оксидному слою, имеют форму куба и многоугольника. Выполните анализ энергетической спектроскопии EDX (рис. 4 (c)) на крупных частицах (рис. 4 (b)). Атомное соотношение атомов кислорода к атомам металла составляет 44:55, а атомное отношение (Cr + Ni) к Fe составляет 0,278, что ниже 0,465 матрицы, доказывая, что крупные частицы в основном представляют собой частицы оксида никеля с высоким содержанием железа и бедным хромом. В это время атомное отношение (Cr+Ni) к Fe превышает 0,073 частиц оксида после коррозии в 14d, а соответствующая коррозионная стойкость также выше, чем у крупных частиц оксида, образовавшихся в 14d. Анализ энергетического спектра проводился в пространстве между крупными частицами (рис. 4(d)) (рис. 4(e)). Процент атомов кислорода снизился до 32%, соотношение атомов металла составило 67%, атомное отношение (Cr+Ni) к Fe составило 0,544, что выше 0,514 матрицы. Содержание Cr и Ni было очень высоким. Мелкие частицы оксидов представляли собой в основном оксиды никеля с высоким содержанием хрома и оксиды с низким содержанием железа. Тонкий слой оксида железа с высоким содержанием хрома и низким содержанием никеля очень плотный и обладает превосходной коррозионной стойкостью, предотвращая диффузию атомов кислорода в металлическую матрицу и миграцию ионов металла наружу. Нержавеющая сталь 316Ti имеет лучшую долговременную устойчивость к высокотемпературной коррозии благодаря образованию плотной оксидной пленки. 316Ti Вывод а. Потеря массы нержавеющей стали 316Ti в результате коррозии в среде первого контура моделируемого водо-водяного реактора сначала быстро возрастала, а затем постепенно уменьшалась. После 70 дней высокотемпературной и высоконапорной бор-литиевой водной коррозии скорость равномерной коррозионной потери веса упала до 9,78. * 0,00001 мг/(дм2·ч), нержавеющая сталь 316Ti имеет хорошую долговременную равномерную коррозионную стойкость. Нержавеющая сталь b.316Ti изначально только растворяла оксидную пленку в моделируемой среде боро-литиевой воды с высокой температурой и высоким давлением первого контура водо-водяного реактора и не образовывала плотную защитную оксидную пленку. После 70 дней высокотемпературного окисления на поверхности нержавеющей стали 316Ti образуется двухслойная оксидная пленочная структура. Плотная оксидная пленка вблизи подложки содержит мелкие оксидные частицы диаметром от 200 до 300 нм. Это слой оксида железа с высоким содержанием хрома и низким содержанием никеля. ； Внешние частицы оксида крупные, диаметром от 0,5 до 1,6 мкм, а оксид не такой плотный, как самый внутренний тонкий оксидный слой. Это слой оксида никеля с высоким содержанием железа и низким содержанием хрома, а содержание Ti также выше, чем в матрице. Улучшение долговременных характеристик равномерной коррозии нержавеющей стали C.316Ti происходит за счет образования тонкой и плотной пленки оксида железа с высоким содержанием хрома и низким содержанием никеля.