國(guó)產(chǎn)690TT與800合金傳熱管高溫苛性鈉溶液中的應(yīng)力腐蝕行為

施慧烈，但體純，羅　垚，汪　瀟，王先元

國(guó)產(chǎn)690TT與800合金傳熱管高溫苛性鈉溶液中的應(yīng)力腐蝕行為

施慧烈，但體純，羅垚，汪瀟，王先元

（中核武漢核電運(yùn)行技術(shù)股份有限公司，湖北 武漢 430223）

通過(guò)高溫高壓C型環(huán)試驗(yàn)方法研究了國(guó)產(chǎn)690TT與800合金傳熱管在苛性鈉溶液中的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂（SCC）行為。研究結(jié)果表明，在300 ℃飽和氧10% NaOH溶液中，690TT傳熱管與800合金傳熱管在局部位置發(fā)生沿晶/穿晶應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂（IG/TGSCC），裂紋向縱深發(fā)展，生長(zhǎng)速率分別達(dá)到0.059 mm/a、0.076 mm/a；在300 ℃飽和氧30% NaOH溶液中，690TT傳熱管與800合金傳熱管未發(fā)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂，腐蝕形態(tài)主要為均勻腐蝕+晶間侵蝕（IGA）混合模式，690TT管最大均勻腐蝕速率為0.060 mm/a，IGA深度為20～30mm，綜合腐蝕速率達(dá)到0.112 mm/a；800合金管最大均勻腐蝕速率為0.350 mm/a，IGA深度為10mm，綜合腐蝕速率達(dá)到0.367 mm/a。

690TT合金；800合金；傳熱管；應(yīng)力腐蝕

對(duì)于核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)重要設(shè)備蒸汽發(fā)生器（SG），其核心部件傳熱管的選材與制造屬于重要環(huán)節(jié)，直接影響和決定著設(shè)備整體及所在系統(tǒng)后續(xù)數(shù)十年的安全穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。目前，690TT傳熱管與800傳熱管在引進(jìn)、消化與自主化制造環(huán)節(jié)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，在化學(xué)成分、雜質(zhì)元素、夾雜物控制，以及微觀組織、力學(xué)性能、表面質(zhì)量控制水平方面，均表現(xiàn)出較好的冶金質(zhì)量與工藝控制水平[1]。在管材應(yīng)用性能研究方面，690TT與800合金管的高溫堿脆研究較少，且以前的研究中并沒(méi)有對(duì)690TT、800合金管材的苛性應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂（SCC）狀態(tài)進(jìn)行完整細(xì)致的表征與分析，尤其是針對(duì)國(guó)產(chǎn)690TT、800合金管材，沒(méi)有從微觀金相的角度給出證據(jù)以對(duì)宏觀“未開(kāi)裂”判定做出更有說(shuō)服力的補(bǔ)充驗(yàn)證，以至于基于宏觀觀測(cè)結(jié)果判定“未開(kāi)裂”存在誤判的風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)“金屬和合金的腐蝕應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)第5部分：C型環(huán)試樣的制備和應(yīng)用”（GB/T 15970.5—1998）中對(duì)試驗(yàn)結(jié)果評(píng)定的規(guī)定，“承受低應(yīng)力的C型環(huán)試樣或由耐蝕合金制成的C型環(huán)試樣，尤其是當(dāng)裂紋被腐蝕產(chǎn)物遮蔽的情況下，破裂可能是很不明顯的”，這種情況下尤其需要從多個(gè)尺度對(duì)試樣的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂狀態(tài)進(jìn)行表征與評(píng)價(jià)。本文著重研究690TT、800合金管材在高溫堿液中的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂行為，結(jié)合宏微觀分析檢測(cè)手段，分析其應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂敏感性及相關(guān)腐蝕機(jī)制，試圖為后續(xù)傳熱管最終選材決策、服役壽命預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià)提供可靠的技術(shù)依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)方法

根據(jù)GB 10126—2002《鐵-鉻-鎳合金在高溫水中應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)方法》，采用C型環(huán)試樣，在不同濃度（4%～30%）高溫苛性鈉溶液介質(zhì)中暴露，觀察試樣產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕破損的表面和截面形貌及記錄其對(duì)應(yīng)的時(shí)間，評(píng)定不同傳熱管耐應(yīng)力腐蝕性能。

主要試驗(yàn)材料為2種工藝690TT合金管（分別命名為690管1、690管2），2種工藝800合金管（分別命名為800管1、800管2）。高溫高壓腐蝕浸泡試驗(yàn)在6臺(tái)鈦合金、鎳基合金靜態(tài)高壓釜（容積5～10 L）中同時(shí)進(jìn)行（見(jiàn)圖1），試樣為長(zhǎng)22 mm的管狀，根據(jù)要求沿環(huán)向60°角剖開(kāi)加工成C形環(huán)，采用螺釘（螺釘材料690TT合金）對(duì)試樣進(jìn)行緩慢加載，初始目標(biāo)載荷值為1.2s。每種類(lèi)型傳熱管共5個(gè)平行試樣，同時(shí)放入某國(guó)進(jìn)口商用I-690TT傳熱管（規(guī)格19×1.09 mm）進(jìn)行對(duì)比，共25個(gè)試樣。試驗(yàn)過(guò)程中，規(guī)定每試驗(yàn)168 h為一個(gè)周期，每經(jīng)過(guò)168 h（一個(gè)周期）后更換一次溶液，對(duì)表面腐蝕產(chǎn)物用軟毛刷進(jìn)行清除，并觀察試樣表面宏觀形貌和微觀形貌，更換溶液后繼續(xù)試驗(yàn)，直至累計(jì)試驗(yàn)至5 016～5 040 h。對(duì)300 ℃飽和氧（～8×10-6）30%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）NaOH溶液中試驗(yàn)后的試樣，在金相顯微鏡（蔡司，放大倍數(shù)100～1 000倍，拍攝圖像分辨率為2 560×1 920像素）下測(cè)量試驗(yàn)后的不同區(qū)域?qū)?yīng)的壁厚（將螺栓加載以上區(qū)域定義為應(yīng)力區(qū)，螺栓加載以下區(qū)域定義為非應(yīng)力區(qū)），并換算為壁厚減薄均勻腐蝕速率。

試驗(yàn)后將試樣截面制備金相試樣，在金相顯微鏡下對(duì)C-型環(huán)試樣頂部進(jìn)行形貌觀察與記錄，然后，應(yīng)用10%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）鉻酸溶液（室溫）電解刻蝕（5 V，10 s）后，再次進(jìn)行微觀形貌觀察與記錄。

圖1 高溫水C-型環(huán)應(yīng)力腐蝕試樣（單位：mm）及高壓釜試驗(yàn)裝置

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

試驗(yàn)結(jié)果表明，在300 ℃10%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）NaOH溶液中（飽和氧）浸泡試驗(yàn)5 040 h后，690TT傳熱管和800合金傳熱管均發(fā)現(xiàn)了SCC微裂紋，微裂紋對(duì)應(yīng)SCC所處階段為早期萌生階段；在300 ℃30%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）NaOH溶液中（飽和氧），浸泡試驗(yàn)5 016 h后，690TT傳熱管和800合金傳熱管均未發(fā)現(xiàn)SCC裂紋。由此可見(jiàn)，690TT與800合金傳熱管對(duì)苛性應(yīng)力腐蝕并不免疫。

2.1 690TT與800合金傳熱管在高溫飽和氧10%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）NaOH溶液中的應(yīng)力腐蝕特征

300 ℃飽和氧10%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）NaOH溶液浸泡試驗(yàn)5 040 h后不同傳熱管C型環(huán)試樣整體形貌如圖2所示。從圖中結(jié)果可以看出，在浸泡試驗(yàn)的前2個(gè)周期內(nèi)，大部分試樣表面均呈現(xiàn)與原始表面相近的金屬光澤，肉眼觀察、金相顯微鏡觀察均未發(fā)現(xiàn)試樣頂端最大應(yīng)力區(qū)域存在開(kāi)裂跡象，且金相顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)表面存在與原始表面相近的固有劃痕。在5 040 h浸泡試驗(yàn)后，全部C型環(huán)試樣表面均有較明顯的腐蝕產(chǎn)物覆蓋，800合金試驗(yàn)管表面呈黑色，690TT合金試驗(yàn)管表面呈暗黃色，試樣整體表面顏色呈現(xiàn)差異的原因可能與鐵基、鎳基合金管材表面形成的主要腐蝕產(chǎn)物不同有關(guān)。肉眼觀察亦均未發(fā)現(xiàn)試樣頂端最大應(yīng)力區(qū)域存在開(kāi)裂跡象。試驗(yàn)5 040 h后C型環(huán)試樣最大應(yīng)力區(qū)域整體形貌如圖3所示，金相顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，最大應(yīng)力區(qū)域亦不存在開(kāi)裂跡象，可能原因是覆蓋腐蝕產(chǎn)物較厚掩蓋了開(kāi)裂的微小裂紋，抑或是表面實(shí)際并未開(kāi)裂。

圖2 300 ℃飽和氧10%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）NaOH中690TT與800合金傳熱管試驗(yàn)不同時(shí)間后C型環(huán)試樣整體宏觀形貌（a）336 h試驗(yàn)后，（b）5 040 h試驗(yàn)后

圖3 300 ℃飽和氧10%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）NaOH中690TT與800合金傳熱管試驗(yàn)5 040 h后C型環(huán)試樣最大應(yīng)力區(qū)域形貌

300 ℃飽和氧10%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）NaOH不同傳熱管試驗(yàn)5 040 h后不同管材試樣頂端最大應(yīng)力對(duì)應(yīng)區(qū)域的金相截面形貌如圖4、圖5所示。從圖中結(jié)果可以看出，對(duì)于690TT合金、800合金管材，表面均存在20～50mm厚腐蝕產(chǎn)物，管材外壁表面腐蝕產(chǎn)物底部存在主要為直線狀的微小裂紋，裂紋走向?yàn)檠鼐?穿晶混合模式（見(jiàn)圖5），管材內(nèi)壁表面呈現(xiàn)晶間侵蝕（IGA）痕跡，IGA深度整體不超過(guò)一個(gè)晶粒，程度輕微。

圖4 不同傳熱管300 ℃飽和氧10%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）NaOH中試驗(yàn)5 040 h后試樣頂端最大應(yīng)力對(duì)應(yīng)區(qū)域的金相截面形貌

圖4 不同傳熱管300 ℃飽和氧10%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）NaOH中試驗(yàn)5 040 h后試樣頂端最大應(yīng)力對(duì)應(yīng)區(qū)域的金相截面形貌（續(xù)）

對(duì)全部C型環(huán)試樣最大應(yīng)力區(qū)域的裂紋長(zhǎng)度、數(shù)量進(jìn)行觀測(cè)與統(tǒng)計(jì)，表1給出了10%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）NaOH溶液條件下，金相顯微觀察到的不同傳熱管微裂紋分布情況。

對(duì)圖4～圖5及表1中結(jié)果進(jìn)行分析，還可以看出，全部傳熱管試樣均表現(xiàn)出應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂特征。經(jīng)管1工藝研制的690TT傳熱管穿晶應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂（TGSCC）最大裂紋長(zhǎng)度為22mm，裂紋數(shù)量為100～150條，5個(gè)樣品均在試樣頂端最大應(yīng)力區(qū)域出現(xiàn)裂紋；經(jīng)管2工藝研制的690TT傳熱管TGSCC最大裂紋長(zhǎng)度為35mm，裂紋數(shù)量為150～220條，其中4個(gè)樣品的裂紋發(fā)生在最大應(yīng)力處，1個(gè)樣品在-90°～90°均有裂紋；經(jīng)管2工藝研制的800合金傳熱管SCC最大裂紋長(zhǎng)度為31mm，裂紋數(shù)量為190～330條；其中1個(gè)樣品的裂紋發(fā)生在最大應(yīng)力處，4個(gè)樣品在-90°～90°均有裂紋；經(jīng)管1工藝研制的800合金傳熱管SCC最大裂紋長(zhǎng)度為45mm，裂紋數(shù)量為100～300條，其中2個(gè)樣品的裂紋發(fā)生在最大應(yīng)力處，3個(gè)樣品在-90°～90°均有裂紋。與四種國(guó)產(chǎn)鎳基合金SG傳熱管對(duì)比的某國(guó)進(jìn)口商用690TT傳熱管在最大應(yīng)力處出現(xiàn)裂紋，最大裂紋長(zhǎng)度為33mm，裂紋數(shù)量為11～51條。從應(yīng)力腐蝕裂紋的分布情況可知，在相同的水質(zhì)條件下，690TT傳熱管發(fā)生應(yīng)力腐蝕的所需要的臨界拉應(yīng)力值應(yīng)高于800合金傳熱管，具有更低的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂敏感性。

圖5 不同傳熱管300 ℃飽和氧10%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）NaOH試驗(yàn)5 040 h后試樣頂端最大應(yīng)力對(duì)應(yīng)區(qū)域侵蝕后內(nèi)、外壁金相照片

進(jìn)一步對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析總結(jié)可以看出，690TT傳熱管和800合金傳熱管在外壁發(fā)生了穿晶應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂（TGSCC）以及晶間應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂（IGSCC），內(nèi)壁表面發(fā)生了IGA。應(yīng)力腐蝕裂紋由單條或數(shù)條主要裂紋和一定數(shù)量的分支小裂紋組成，IGA則是沿管子表面整個(gè)晶粒邊界出現(xiàn)均勻或比較均勻的腐蝕，通常IGA是IGSCC或TGSCC的早期階段。裂紋出現(xiàn)在試樣頂端最大應(yīng)力區(qū)域，方向由外壁面向內(nèi)壁面延伸，與應(yīng)力方向垂直，裂紋斷口有腐蝕產(chǎn)物。

從對(duì)比分析來(lái)看，在10%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）NaOH溶液中，690TT傳熱管的最大裂紋長(zhǎng)度短，數(shù)量少，說(shuō)明其對(duì)應(yīng)力腐蝕的敏感性相比800合金傳熱管更低。從腐蝕機(jī)理來(lái)看，690TT合金在TT處理后，晶間處形成連續(xù)的碳化物析出，消除了由于晶間碳化物析出所帶來(lái)的貧鉻區(qū)，使SCC裂紋的擴(kuò)展更加困難，從而使得690TT傳熱管具有較好的耐應(yīng)力腐蝕性能。

表1 300 ℃飽和氧10%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）NaOH溶液中不同管材試驗(yàn)5 040 h后裂紋情況對(duì)比

2.2 690TT與800合金傳熱管在高溫飽和氧30% NaOH溶液中的應(yīng)力腐蝕特征

300 ℃飽和氧30% NaOH溶液浸泡試驗(yàn)5 016 h后不同傳熱管C型環(huán)試樣整體形貌如圖6所示。從圖中結(jié)果可以看出，在浸泡試驗(yàn)的前2個(gè)周期內(nèi)，大部分試樣表面均呈現(xiàn)較多腐蝕產(chǎn)物覆蓋，且800合金表面已由原來(lái)的鋼灰色變?yōu)榘祷疑?，肉眼觀察、金相顯微鏡觀察均未發(fā)現(xiàn)試樣頂端最大應(yīng)力區(qū)域存在開(kāi)裂跡象，且金相顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)表面存在與原始表面相近的劃痕。在5 016 h浸泡試驗(yàn)后，全部C型環(huán)試樣表面均有較明顯的腐蝕產(chǎn)物覆蓋，800合金試驗(yàn)管表面呈黑色，690TT合金試驗(yàn)管表面呈灰白色，試樣整體表面顏色呈現(xiàn)差異的原因可能與鐵基、鎳基合金管材表面形成的主要腐蝕產(chǎn)物不同有關(guān)。肉眼觀察亦均未發(fā)現(xiàn)試樣頂端最大應(yīng)力區(qū)域存在開(kāi)裂跡象。試驗(yàn)5 016 h后C型環(huán)試樣最大應(yīng)力區(qū)域整體形貌如圖7所示，金相顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，最大應(yīng)力區(qū)域亦不存在開(kāi)裂跡象，可能原因是覆蓋腐蝕產(chǎn)物較厚掩蓋了開(kāi)裂的微小裂紋，抑或是表面實(shí)際并未開(kāi)裂。

圖8給出了300 ℃飽和氧30%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）NaOH溶液中，不同傳熱管的金相截面形貌。從金相截面形貌來(lái)看，690TT傳熱管內(nèi)壁和外壁發(fā)生了輕微的晶間侵蝕，其深度約為20～30mm，800合金傳熱管則發(fā)生了晶界和晶粒溶解為主的較嚴(yán)重的均勻腐蝕，并伴隨輕微的晶間侵蝕，表面的腐蝕產(chǎn)物較多，結(jié)合壁厚觀測(cè)結(jié)果的均勻腐蝕速率結(jié)果匯總?cè)绫?所示。從表中結(jié)果可以看出，800合金管壁厚減薄均勻腐蝕速率更大，應(yīng)力區(qū)、非應(yīng)力區(qū)壁厚減薄相近。分析可知，在30%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）NaOH溶液下，690TT傳熱管和800合金傳熱管沒(méi)有發(fā)現(xiàn)SCC裂紋。

圖6 300 ℃飽和氧30%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）NaOH中690TT與800合金傳熱管試驗(yàn)不同時(shí)間后C型環(huán)試樣整體宏觀形貌：（a）336h試驗(yàn)后，（b）5 016 h試驗(yàn)后

圖7 300 ℃飽和氧30%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）NaOH溶液中690TT與800合金傳熱管試驗(yàn)5 016 h后 C型環(huán)試樣最大應(yīng)力區(qū)域整體形貌

圖8 300 ℃飽和氧30%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）NaOH溶液中不同傳熱管試驗(yàn)5 016 h后試樣頂端最大應(yīng)力區(qū)域的金相截面形貌

圖8 300 ℃飽和氧30%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）NaOH溶液中不同傳熱管試驗(yàn)5 016 h后試樣頂端最大應(yīng)力區(qū)域的金相截面形貌（續(xù)）

表2 300 ℃飽和氧30%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）NaOH中不同管材試驗(yàn)5 016 h后壁厚減薄均勻腐蝕速率

2.3 不同NaOH濃度條件下管材腐蝕機(jī)理

已有研究表明，國(guó)外SG用I-690TT和I-800對(duì)苛性應(yīng)力腐蝕不免疫，它們?cè)诟邼舛瓤列遭c溶液中可能會(huì)發(fā)生腐蝕破裂，圖9給出了不同NaOH濃度對(duì)不同傳熱管耐SCC性能的影響曲線[3,4]，對(duì)于I-690TT與I-800合金，在～15%（150 g/L）苛性鈉除氧高溫水中應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂最敏感，生長(zhǎng)出500mm應(yīng)力腐蝕裂紋所需的時(shí)間為600～800 h。在4%（40 g/L）NaOH溶液中幾種材料均未發(fā)現(xiàn)SCC產(chǎn)生，但隨著濃度提高到10%～30%（100～300 g/L），出現(xiàn)SCC，但其最大裂紋長(zhǎng)度隨著苛性鈉溶液濃度增加而減小。當(dāng)苛性鈉溶液濃度提高到50%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）后，所有材料又均未發(fā)現(xiàn)SCC裂紋。因此，苛性環(huán)境會(huì)加大材料SCC敏感性，但其影響并不是隨濃度而線性增加，過(guò)低和過(guò)高濃度的苛性環(huán)境下均未出現(xiàn)SCC。在接近屈服應(yīng)力條件下，I-690TT與I-800的苛性鈉濃度閾值是10%左右。本試驗(yàn)結(jié)果亦顯示，當(dāng)苛性鈉溶液濃度為10%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，100 g/L）時(shí)，690TT和800合金傳熱管出現(xiàn)了SCC微裂紋，但提高到30%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，300 g/L）時(shí)，均沒(méi)有出現(xiàn)SCC裂紋。

圖9 NaOH濃度對(duì)不同傳熱管耐除氧高溫水SCC性能的影響[3,4]（縱坐標(biāo)為產(chǎn)生500 mm裂紋所需的時(shí)間）

由此可見(jiàn)，苛性鈉溶液濃度對(duì)傳熱管應(yīng)力腐蝕性能有較大的影響，不同苛性鈉溶液濃度條件下，其對(duì)應(yīng)的腐蝕過(guò)程控制機(jī)理不同，整體表現(xiàn)為應(yīng)力腐蝕、晶間腐蝕和均勻腐蝕之間的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。一般而言，傳熱管發(fā)生應(yīng)力腐蝕破裂時(shí)，其均勻腐蝕速率較小，而當(dāng)傳熱管發(fā)生較嚴(yán)重的均勻腐蝕時(shí)，一般不發(fā)生應(yīng)力腐蝕破裂。

表3給出了不同苛性鈉溶液下690TT與800合金管材腐蝕情況對(duì)比分析結(jié)果。在10%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）NaOH溶液中，由于苛性鈉溶液導(dǎo)致的均勻腐蝕速率相對(duì)于應(yīng)力腐蝕破裂速率更小，在應(yīng)力和電化學(xué)腐蝕聯(lián)合作用下，690TT傳熱管和800合金傳熱管在局部位置上發(fā)生沿晶/穿晶應(yīng)力腐蝕裂紋，并且向縱深發(fā)展。而在30%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）NaOH溶液中，690TT傳熱管和800合金傳熱管呈現(xiàn)出不同的腐蝕機(jī)理，此時(shí)800合金傳熱管出現(xiàn)了較嚴(yán)重的均勻腐蝕，晶界和晶粒以較大的速度溶解使得腐蝕形態(tài)表現(xiàn)為均勻腐蝕/全面腐蝕，從而表現(xiàn)為“抑制”了應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的發(fā)生；隨著苛性鈉濃度的增加，均勻腐蝕速率逐漸增大，800合金傳熱管表面腐蝕產(chǎn)物逐漸增加，通過(guò)800合金傳熱管壁厚減薄量可知在30%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）NaOH溶液條件下，其均勻腐蝕速率達(dá)到了0.322～0.350 mm/a。

對(duì)于690TT傳熱管，由于較好的耐晶間腐蝕性能以及在堿性條件下較好的耐均勻腐蝕性能，使得其在30%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）NaOH溶液中僅出現(xiàn)了輕微的晶界溶解，其溶解速度慢，在應(yīng)力區(qū)由于晶界的溶解釋放了應(yīng)力，使得690TT傳熱管的應(yīng)力腐蝕敏感性降低，沒(méi)有出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕裂紋。同時(shí)，隨著苛性鈉濃度的增加，690TT傳熱管在低濃度下試樣表面生成的腐蝕產(chǎn)物厚而疏松，有較明顯的剝落現(xiàn)象，而在高濃度條件下傳熱管表面的腐蝕產(chǎn)物比較致密，剝落現(xiàn)象不明顯，這是由于690TT傳熱管較高的Ni含量使其在高濃苛性鈉溶液中表現(xiàn)出較好的耐腐蝕性能，通過(guò)690TT傳熱管壁厚減薄量可知在30%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）NaOH溶液條件下，其均勻腐蝕速率為0.010～0.060 mm/a。

表3 690TT與800合金傳熱管高溫堿溶液中應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)后表面腐蝕情況分析結(jié)果

3 結(jié)論

（1）在300 ℃飽和氧苛性鈉溶液中經(jīng)約5 000 h應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)后，690TT合金、800合金管材表面均伴隨較明顯均勻腐蝕過(guò)程，在飽和氧10%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）NaOH溶液中兩種管材表面腐蝕產(chǎn)物厚度達(dá)到20～50mm。

（2）在300 ℃飽和氧10%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）NaOH溶液中，690TT傳熱管和800合金傳熱管在C型環(huán)加載最大應(yīng)力區(qū)域發(fā)生沿晶/穿晶應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂，并且裂紋向縱深發(fā)展，最大裂紋生長(zhǎng)速率分別為0.059 mm/a、0.076 mm/a，與國(guó)外690TT合金管耐應(yīng)力腐蝕性能相當(dāng)；690TT傳熱管和800合金傳熱管對(duì)高溫堿脆不免疫。

（3）在300 ℃飽和氧30%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）NaOH溶液中，國(guó)產(chǎn)690TT傳熱管和800合金傳熱管均未發(fā)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂，690TT合金管腐蝕形態(tài)為較明顯均勻腐蝕+輕微晶間腐蝕混合模式，最大均勻腐蝕速率為0.060 mm/a，IGA深度為20～30mm，綜合腐蝕速率達(dá)到0.112 mm/a；800合金管腐蝕形態(tài)為較嚴(yán)重均勻腐蝕+輕微晶間腐蝕混合模式，最大均勻腐蝕速率為0.350 mm/a，IGA深度為10mm，綜合腐蝕速率達(dá)到0.367 mm/a。

［1］ 張立紅，徐文亮，龔張耀. 核電傳熱管用690合金熱擠壓管質(zhì)量及組織性能分析對(duì)比.中國(guó)核科學(xué)技術(shù)進(jìn)展報(bào)告（第二卷）——核材料分卷［M］. 2011：201-209.

［2］ 張道德，許詠麗，浦純霞，等. 用于核電廠蒸汽發(fā)生器傳熱管SCC試驗(yàn)的濃堿高壓釜裝置. 原子能科學(xué)技術(shù)［J］. 1990，24（5）：70-73.

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The Stress Corrosion Behavior of Domestic 690TT and 800 Alloy Heat-transfer Tubing for the Steam Generator in High Temperature Caustic Sodium Solution

SHI Huilie，DAN Tichun，LUO Yao，WANG Xiao，WANG Xianyuan

（Research Institute of Nuclear Power Operation，China National Nuclear Corporation（CNNC）， Wuhan of Hubei Prov. 430223，China）

The stress corrosion cracking (SCC) behavior of domestic 690TT and 800 alloy heat transfer tubes in the caustic sodium solution was studied by high temperature and high pressure C-ring test method. The results show that in the saturated oxygen 10% NaOH solution at 300 ℃, the 690TT and the 800 alloy heat-transfer tubing have intergranular/transgranular stress corrosion cracking (IG/TGSCC) at local locations, and the crack develops in depth, and the growth rate reaches 0.059 mm/a, 0.076 mm/a respectively; in 300 ℃ saturated oxygen 30% NaOH solution, the 690TT heat transfer tube and the 800 alloy heat transfer tube did not have stress corrosion cracking phenomenon, and the corrosion form was mainly uniform corrosion + intergranular attack (IGA) mixed mode. The maximum uniform corrosion rate of 690TT tubing is 0.060 mm/a, the depth of IGA is 20～30 μm, and the comprehensive corrosion rate is 0.112 mm/a; for the 800 alloy tubing, the maximum uniform corrosion rate is 0.350 mm/a, the IGA depth is 10 μm, and the comprehensive corrosion rate reaches 0.367 mm/a

Alloy 690TT; alloy 800; Heat-transfer tubing; Stress corrosion

TL48

A

0258-0918（2023）05-1079-11

2022-10-12

施慧烈（1976—），女，浙江寧波人，中心副主任/研究員級(jí)高級(jí)工程師，現(xiàn)主要從事核電廠蒸汽發(fā)生器設(shè)計(jì)與性能分析評(píng)價(jià)、熱電轉(zhuǎn)換等方面研究與技術(shù)管理