(1. 上海材料研究所 上海市工程材料應(yīng)用與評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200437； 2. 國(guó)核電站運(yùn)行服務(wù)技術(shù)有限公司，上海 200233)

核電站的安全可靠運(yùn)行與核設(shè)備的結(jié)構(gòu)完整性密不可分，而造成核設(shè)備過(guò)早失效的一個(gè)重要因素便是腐蝕。近年來(lái)，發(fā)生了多起因常溫水池不銹鋼覆面的局部腐蝕而導(dǎo)致的泄漏事件[1-2]，因此常溫水池不銹鋼覆面的點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕和應(yīng)力腐蝕破裂問(wèn)題及其規(guī)律和機(jī)理受人關(guān)注。如秦山二期核電站換料水池304L不銹鋼覆面發(fā)生開(kāi)裂，失效分析認(rèn)為裂紋由與鋼覆面接觸的混凝土中釋放出的Cl-引起[3]。同樣，具有相同結(jié)構(gòu)的乏燃料池鋼覆面的腐蝕也引起了業(yè)界重視。乏燃料池的主要功能是貯存反應(yīng)后的核燃料組件，冷卻劑為硼酸溶液，pH為4.0～6.0，水溫通常為30～60 ℃。早期二代核電站乏燃料池覆面采用304L/ER316L不銹鋼，即母材為304L，焊材為ER316L。目前在研和在建的三代核電站主要采用S32101/ER2209雙相不銹鋼，即母材為S32101，焊材為ER2209。乏燃料池中主要為偏酸性的硼酸水，以我國(guó)大亞灣二代核電站為例[4]，水池中B3+含量為2 300～2 500 mg/L，雜質(zhì)Cl-和F-限值<0.15 mg/L，而期望值<0.05 mg/L，SO42-限值<0.3 mg/L，而期望值<0.05 mg/L；正在研發(fā)建設(shè)的三代核電站乏燃料池中含2 300～2 900 mg/L B3+。

目前，已有學(xué)者[5-6]對(duì)乏燃料池S32101鋼覆面母材的耐腐蝕性能做了一些研究，但有關(guān)其焊接件的研究還少有報(bào)道，而焊縫及周邊常常是各種工程環(huán)境中容易發(fā)生腐蝕問(wèn)題的區(qū)域[7-12]，點(diǎn)蝕是其重要的腐蝕形式。理解和掌握焊接件不同部位的點(diǎn)蝕傾向性、受環(huán)境介質(zhì)及溫度的影響，是可靠性評(píng)估和壽命預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)。因此，本工作以CAP1400等三代核電站乏燃料池用S32101/ER2209雙相不銹鋼焊接板的典型結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，通過(guò)模擬乏燃料池在多種水環(huán)境中的電化學(xué)測(cè)試和按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的常規(guī)點(diǎn)蝕試驗(yàn)包括三氯化鐵化學(xué)浸泡和3.5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)NaCl電化學(xué)試驗(yàn)來(lái)研究焊接板的點(diǎn)蝕行為。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)用母材為經(jīng)固溶處理后的S32101雙相不銹鋼，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為SNG-CA00-XY-SPEM0001，板厚約14 mm。采用熔化極氣體保護(hù)焊(gas metal arc welding，GMAW)進(jìn)行焊接，焊絲為ER2209，圖1為焊接示意圖。母材和焊材的化學(xué)成分見(jiàn)表1。氯化鐵鹽酸水溶液侵蝕得到母材區(qū)、熔合線(xiàn)周邊區(qū)、焊縫區(qū)的組織，見(jiàn)圖2。可見(jiàn)，母材(BM)為典型的雙相組織，呈孤島狀的顏色較亮的奧氏體相和暗一些的鐵素體相約各占一半；熔合線(xiàn)處組織有明顯突變，熱影響區(qū)(HAZ)兩相組織失衡，鐵素體相偏高并有少許黑色析出物，應(yīng)該是氮化物CrN/(CrN+Cr2N)[13-15]；焊縫金屬(WM)為網(wǎng)狀分布的樹(shù)枝狀雙相組織且比例適當(dāng)、細(xì)密，無(wú)有害相析出。

(a) 左視圖

(b) 俯視圖圖1 S32101雙相不銹鋼焊接示意圖Fig. 1 S32101 duplex stainless steel welding schematic: (a) left view; (b) top view

表1 試驗(yàn)用母材及焊縫金屬的化學(xué)成分 (質(zhì)量分?jǐn)?shù))Tab. 1 Chemical composition of base metal and weld metal for test (mass fraction) %

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 三氯化鐵浸泡試驗(yàn)

試驗(yàn)根據(jù)GB/T 17897-1999《不銹鋼三氯化鐵點(diǎn)腐蝕試驗(yàn)方法》[16]進(jìn)行，用線(xiàn)切割從焊接板沿軋制方向取尺寸為30 mm×20 mm×5 mm的試樣。用碳化硅砂紙(至1 500號(hào))依次對(duì)試樣表面進(jìn)行打磨，焊縫保持原始表面。測(cè)量試樣尺寸、清洗后并稱(chēng)量。用去離子水及分析純FeCl3·6H2O和優(yōu)級(jí)純HCl配制6%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)FeCl3溶液，然后加熱至35 ℃，最后將試樣在密封溶液中浸泡24 h。試驗(yàn)結(jié)束后，清除試樣表面的腐蝕產(chǎn)物，采用光學(xué)顯微鏡和照相機(jī)觀(guān)察記錄試樣表面形貌，采用失重法計(jì)算試樣的腐蝕速率。

(a) 母材區(qū) (b) 熔合線(xiàn)周邊區(qū) (c) 焊縫區(qū)圖2 焊接板不同區(qū)域的組織Fig. 2 Microstructure of different zones of the welded plate: (a) base metal; (b) zone around fusion line; (c) weld metal

1.2.2 電化學(xué)試驗(yàn)

電化學(xué)測(cè)試在Gamry Reference 600+電化學(xué)工作站上完成。參照GB/T 17899-1999[17]和ASTM G61-1986(2014)[18]進(jìn)行動(dòng)電位極化曲線(xiàn)測(cè)試，為對(duì)比各區(qū)域耐蝕性差異及焊縫與基體點(diǎn)蝕坑分布情況，分別取母材、熱影響區(qū)、焊縫區(qū)和焊縫+熱影響混合區(qū)共四種試樣，試樣尺寸為12 mm×12 mm×12 mm，在試樣背面焊接導(dǎo)線(xiàn)，并用環(huán)氧樹(shù)脂封裝試樣。用碳化硅砂紙(至1 500號(hào))依次打磨試樣的工作面，再用無(wú)水乙醇、去離子水沖洗后吹干。為防止縫隙腐蝕，將試樣在50 ℃、25%的硝酸中浸泡1.5 h，最后用硅膠封邊，測(cè)定前用W28號(hào)的砂紙?jiān)谠囼?yàn)面打磨出約1 cm2的面積。用去離子水及分析純的H3BO3和NaCl試劑配制試驗(yàn)溶液，有三種：(1) 3.5% NaCl溶液；(2) 含2 700 mg/L B3+的純硼酸溶液；(3) 含2 700 mg/L B3++ 200 mg/L Cl-的混合溶液。第一種為點(diǎn)蝕試驗(yàn)的常規(guī)溶液，試驗(yàn)溫度為30 ℃；第二和第三種為模擬乏燃料池水溶液，試驗(yàn)溫度為30、40、60 ℃，pH約為4.50。采用三電極體系，輔助電極為鉑電極，參比電極為飽和甘汞電極(SCE)，工作電極為試樣，試驗(yàn)中電極電位均相對(duì)于SCE。極化曲線(xiàn)掃描速率為20 mV/min，以電流密度為10 μA/cm2和100 μA/cm2時(shí)所對(duì)應(yīng)的最正電位為名義點(diǎn)蝕電位Eb10和Eb100，部分試樣進(jìn)行返掃測(cè)試，即在電流密度達(dá)到5 mA/cm2或電位達(dá)到3 V時(shí)進(jìn)行返掃描，以返掃曲線(xiàn)和正掃曲線(xiàn)相交的電位為保護(hù)電位Ep，極化曲線(xiàn)測(cè)試過(guò)程持續(xù)通N2除氧。電化學(xué)阻抗譜(EIS)測(cè)試的頻率范圍為0.01 ～105Hz，擾動(dòng)電位幅值為10 mV，溶液上方為敞開(kāi)空氣。采用帶有能譜儀(EDS)的Philips Quanta 400F掃描電鏡(SEM)觀(guān)察和分析極化后不同區(qū)域試樣的表面形貌和微區(qū)化學(xué)成分。

2 結(jié)果與討論

2.1 三氯化鐵浸泡試驗(yàn)結(jié)果

在6% FeCl3溶液中浸泡后的試樣形貌見(jiàn)圖3，可見(jiàn)焊接件各區(qū)域的點(diǎn)蝕抗力順序?yàn)椋汉缚p區(qū)>母材區(qū)>熱影響區(qū)。原始焊縫表面無(wú)點(diǎn)蝕發(fā)生，熱影響區(qū)及熔合線(xiàn)點(diǎn)蝕嚴(yán)重，蝕坑窄小而深,呈皮下聚合型擴(kuò)展；母材金屬表面蝕坑也較多，呈不規(guī)則狀。

(a) 焊接接頭 (b) 母材圖3 不同部位試樣在35 ℃的6% FeCl3溶液中浸泡 24 h后的宏觀(guān)形貌Fig. 3 Macro-morphology of different part specimens immersed in 6% FeCl3 solution at 35 ℃ for 24 h: (a) welded joint; (b) base metal

試樣腐蝕速率測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2，焊接接頭部位的腐蝕速率明顯高于母材的，結(jié)合腐蝕形貌可知其高腐蝕速率主要是發(fā)生在熱影響區(qū)及熔合線(xiàn)附近。

2.2 電化學(xué)試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 在3.5% NaCl溶液中的電化學(xué)性能

試樣在30 ℃的3.5% NaCl溶液中的極化曲線(xiàn)見(jiàn)圖4，表3為測(cè)得的點(diǎn)蝕電位結(jié)果，極化測(cè)試后的腐蝕形貌如圖5所示。母材區(qū)、熱影響區(qū)及焊縫+熱影響混合區(qū)的陽(yáng)極極化曲線(xiàn)相近，在250～360 mV較低電位下即發(fā)生點(diǎn)蝕擊穿，電流密度迅速增大，回掃環(huán)面積較寬，表明材料表面鈍化膜破壞后難以修復(fù)。在母材區(qū)和熱影響區(qū)觀(guān)察到嚴(yán)重的點(diǎn)蝕坑，點(diǎn)蝕形貌為多孔花邊蓋，見(jiàn)圖5(a)所示。焊縫區(qū)的鈍化區(qū)很寬，名義點(diǎn)蝕電位超過(guò)1 000 mV，保護(hù)電位Ep為984 mV，回掃環(huán)面積遠(yuǎn)小于母材區(qū)及熱影響區(qū)的，表明焊縫金屬的耐蝕性?xún)?yōu)良。焊縫區(qū)表面完整、無(wú)點(diǎn)蝕，如圖5(b)所示。因此各區(qū)域點(diǎn)蝕抗力由高到低依次為：焊縫區(qū)>母材區(qū)>熱影響區(qū)，與三氯化鐵浸泡試驗(yàn)結(jié)果一致。

表2 試樣在6% FeCl3溶液中的浸泡試驗(yàn)結(jié)果Tab. 2 Immersion test results of specimens immersed in 6% FeCl3 solution

圖4 不同部位試樣在30 ℃的3.5% NaCl溶液中 的極化曲線(xiàn)Fig. 4 Polarization curves of different part specimens in 3.5% NaCl solution at 30 ℃

為進(jìn)一步研究不同部位試樣的電化學(xué)行為，在3.5% NaCl溶液中做了EIS測(cè)試，并用Gamry設(shè)備附帶的Kramers-Kronig(K-K)關(guān)系評(píng)估獲得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)質(zhì)量。結(jié)果表明：試驗(yàn)結(jié)果與計(jì)算結(jié)果吻合良好，驗(yàn)證了此系統(tǒng)與線(xiàn)性系統(tǒng)理論的一致性[19]。圖6為各部位試樣在30 ℃的3.5% NaCl溶液中浸泡24 h后的EIS。各試樣的Nyquist圖均由一個(gè)容抗弧構(gòu)成，表明電極過(guò)程主要受電化學(xué)反應(yīng)步驟控制，擴(kuò)散過(guò)程引起的阻抗可以忽略。一般認(rèn)為，容抗弧的半徑越大，反應(yīng)發(fā)生的阻力越大，材料的耐蝕性越好[20]。因此，由電化學(xué)阻抗譜同樣表明焊縫金屬的耐蝕性最好，其次是母材，熱影響區(qū)的耐蝕性最差。

表3 試樣在30 ℃的3.5% NaCl溶液中點(diǎn)蝕 的電化學(xué)測(cè)試結(jié)果Tab. 3 Results of electrochemical tests for pitting potentials of specimens in 3.5% NaCl solution at 30 ℃, mV

(a) 母材區(qū)

(b) 焊縫區(qū)+熱影響區(qū)圖5 母材和焊縫區(qū)+熱影響區(qū)試樣在30 ℃的 3.5 % NaCl溶液中極化測(cè)試后的SEM形貌Fig. 5 SEM morphology of specimens from base metal and weld metal + heat affected zone after polarization test in 3.5 % NaCl solution at 30 ℃

根據(jù)文獻(xiàn)[21-26]，選用圖7等效電路模型并通過(guò)Gamry Echem Analyst軟件對(duì)EIS進(jìn)行擬合，結(jié)果見(jiàn)表4。等效電路中，各元件的物理意義如下[26]：Rsol為溶液電阻，Q1為鈍化膜電容，Rf為鈍化膜電阻，Q2表示活性溶解區(qū)域的雙電層電容，Rct表示活性溶解區(qū)域的電荷轉(zhuǎn)移電阻。由于電極表面粗糙以及不均勻腐蝕造成的微觀(guān)形貌改變等原因會(huì)引起彌散效應(yīng)，所以等效電路中采用常相位角元件(CPE)來(lái)代替純電容元件，以獲得更好的擬合結(jié)果[27]。

(a) Nyquist圖 (b) Bode圖圖6 不同部位試樣在30 ℃的3.5% NaCl溶液中的電化學(xué)阻抗譜Fig. 6 EIS of different part specimens in 3.5% NaCl solution at 30 ℃： (a) Nyquist plots; (b) Bode plots

圖7 試樣在30 ℃的3.5% NaCl溶液中的等效電路圖Fig. 7 Equivalent electrical circuit of specimens in 3.5% NaCl solution at 30 ℃

由表4可知，焊縫區(qū)的膜電容Q1最大，說(shuō)明鈍化膜最致密，活性位點(diǎn)最少；熱影響區(qū)及焊縫+熱影響混合區(qū)的彌散因數(shù)n1和膜電阻Rf明顯小于母材區(qū)和焊縫區(qū)的，說(shuō)明其表面缺陷較多，鈍化膜不均勻[26,28]；電荷轉(zhuǎn)移電阻Rct值越小,說(shuō)明腐蝕速率越高[29];母材區(qū)和焊縫區(qū)的Rct均較高，說(shuō)明母材區(qū)和焊縫區(qū)腐蝕速率較小，電荷轉(zhuǎn)移過(guò)程難度更高。極化電阻Rp(其值等于Rf+Rct)常用來(lái)評(píng)價(jià)金屬對(duì)腐蝕損傷的抗力[23]，焊縫區(qū)和母材區(qū)的Rp顯著高于熱影響區(qū)的，說(shuō)明焊縫區(qū)和母材區(qū)具有優(yōu)良的耐蝕性。EIS和三氯化鐵試驗(yàn)及極化曲線(xiàn)得出的結(jié)論相同。

2.2.2 在兩種模擬乏燃料池水溶液中的電化學(xué)性能

圖8為各部位試樣在不同溫度的含2700 mg/L B3+的純硼酸溶液中的極化曲線(xiàn)。由圖8可見(jiàn)，各部位試樣在不同溫度下的極化曲線(xiàn)變化趨勢(shì)相似，曲線(xiàn)上沒(méi)有明顯的點(diǎn)蝕擊穿，當(dāng)?shù)竭_(dá)返掃點(diǎn)時(shí)，返掃曲線(xiàn)幾乎沿正掃曲線(xiàn)原路返回，說(shuō)明在本試驗(yàn)條件下，試樣表面鈍化膜完整，符合技術(shù)規(guī)范的硼酸環(huán)境對(duì)試驗(yàn)材料無(wú)明顯腐蝕。極化后各試樣表面均無(wú)明顯點(diǎn)蝕(圖略)，與極化曲線(xiàn)分析結(jié)論一致。表5給出各部位試樣名義點(diǎn)蝕電位(Eb10和Eb100)的測(cè)試結(jié)果。各部位試樣名義點(diǎn)蝕電位的數(shù)值都非常高，結(jié)合試樣表面形貌和ASTM G61-1986(2014)等資料[18,30]給出的判定依據(jù)，可認(rèn)為試驗(yàn)材料在30，40，60 ℃含2 700 mg/L B3+的純硼酸溶液中高電位下發(fā)生的只是過(guò)鈍化溶解的均勻腐蝕和析氧(H2O/O2)反應(yīng)。

圖9為各部位試樣在不同溫度含2 700 mg/L B3++200 mg/L Cl-溶液中的極化曲線(xiàn)，表6為對(duì)應(yīng)的點(diǎn)蝕電位值。結(jié)果表明：在含2 700 mg/L B3+溶液中加入200 mg/L Cl-后，點(diǎn)蝕傾向顯著增加，隨溫度升高各部位試樣的點(diǎn)蝕電位逐漸下降，溫度每升高10 ℃，點(diǎn)蝕電位約下降100 mV；對(duì)比可知，焊縫區(qū)點(diǎn)蝕電位最高，在900 mV以上，母材區(qū)點(diǎn)蝕電位略高于熱影響區(qū)及焊縫區(qū)+熱影響區(qū)，焊縫+熱影響混合區(qū)與純熱影響區(qū)點(diǎn)蝕電位接近。由圖10可知：極化后焊縫金屬表面完整，母材區(qū)和熱影響區(qū)局部區(qū)域發(fā)生點(diǎn)蝕，母材區(qū)蝕坑呈多孔花邊蓋形貌，周邊分布著許多小衛(wèi)星蝕坑，蝕坑處O、Si含量較高；熱影響區(qū)蝕坑呈不規(guī)則狀，坑內(nèi)O、Al、Si含量偏高。由此可見(jiàn)，點(diǎn)蝕主要在夾雜處萌生。

表4 試樣在30 ℃的3.5% NaCl溶液中EIS參數(shù)擬合結(jié)果Tab. 4 Fitted results of EIS parameters for specimens in 3.5% NaCl solution at 30 ℃

(a) 母材 (b) 熱影響區(qū)

(c) 焊縫區(qū)+熱影響區(qū) (d) 焊縫區(qū)圖8 不同部位試樣在不同溫度的含2 700 mg/L B3+溶液中的極化曲線(xiàn)Fig. 8 Polarization curves of different part specimens in 2 700 mg/L B3+ solution at different temperatures: (a) BM；(b) HAZ; (c) BM+HAZ; (d) WM

表5 在不同溫度的含2 700 mg/L B3+溶液中點(diǎn)蝕的電化學(xué)測(cè)試結(jié)果Tab. 5 Results of electrochemical tests for pitting potentials in 2 700 mg/L B3+ solution at different temperatures mV

2.3 焊接件不同部位的點(diǎn)蝕傾向性、環(huán)境介質(zhì)及溫度的影響

三氯化鐵、極化曲線(xiàn)及EIS結(jié)果均表明S32101/ER2209雙相不銹鋼焊接板的點(diǎn)蝕抗力順序?yàn)椋汉缚p區(qū)>母材區(qū)>熱影響區(qū)。由表1可知，焊縫金屬抗力最高主要是由于其Cr、Mo、Ni含量較高。根據(jù)點(diǎn)蝕當(dāng)量(PREN)計(jì)算式[31]

PREN=w(Cr)+3.3×w(Mo)+16×w(N)

(1)

得到S32101雙相不銹鋼的點(diǎn)蝕當(dāng)量為25.92，ER2209焊材的點(diǎn)蝕當(dāng)量為33.69。理論計(jì)算表明焊縫的點(diǎn)蝕抗力更好，與試驗(yàn)結(jié)果一致。張偉等[32]研究發(fā)現(xiàn)Mo是提高2101系雙相不銹鋼耐蝕性的重要元素。楊武等[33-34]認(rèn)為，合金中Cr含量能顯著影響點(diǎn)蝕起始過(guò)程，Mo含量對(duì)點(diǎn)蝕擊穿電位的影響與Cr含量密切相關(guān)，Cr能生成Cr2O3，對(duì)不銹鋼局部腐蝕發(fā)展過(guò)程的早期階段起阻滯作用；Mo在局部腐蝕發(fā)展初期生成有一定阻蝕作用的MoO42-，在腐蝕發(fā)展階段，生成保護(hù)性的MoO2，能有效抑制局部腐蝕發(fā)展。此外，Cr和Mo的影響，與鋼中的Ni含量也有一定關(guān)系，Cr、Mo、Ni含量的增加，使鈍化膜外層中Cr的富集程度增大，形成更穩(wěn)定、保護(hù)性更好的膜，同時(shí)Mo的存在有效抑制了鈍化膜最外層與基體金屬之間過(guò)渡層中Cr的貧化，改善了過(guò)渡層的再鈍化能力，鈍化膜擊穿電位相應(yīng)提高[35]，如在含25% Cr的Fe-Cr-Mo或Fe-Cr-Ni-Mo合金中，2%左右的Mo即可使Eb遠(yuǎn)高于氧析出線(xiàn)[30,36]。雙相不銹鋼良好的耐蝕性得益于鐵素體相和奧氏體相約以1∶1的體積比均勻分布[37-38]，熱影響區(qū)耐蝕性較差應(yīng)該是受熔池較高溫度的影響，容易產(chǎn)生析出相并破壞鐵素體/奧氏體合理的兩相比例。

(a) 母材 (b) 熱影響區(qū)

(c) 焊縫區(qū)+熱影響區(qū) (d) 焊縫區(qū)圖9 不同部位試樣在不同溫度的含2 700 mg/L B3+ + 200 mg/L Cl-溶液中的極化曲線(xiàn)Fig. 9 Polarization curves of different part specimens in 2 700 mg/L B3+ + 200 mg/L Cl- solution at different temperatures: (a) BM；(b) HAZ; (c) BM+HAZ; (d) WM

表6 在不同溫度的含2 700 mg/L B3+ + 200 mg/L Cl-溶液中點(diǎn)蝕的電化學(xué)測(cè)試結(jié)果Tab. 6 Results of electrochemical tests for pitting potential in 2 700 mg/L B3+ + 200 mg/L Cl- solution at different temperatures mV

(a) 母材區(qū),SEM形貌 (b) 母材處蝕坑1 EDS譜 (c) 母材處基體組織2 EDS譜

(d) 熱影響區(qū),SEM形貌 (e) 熱影響區(qū)處蝕坑1 EDS譜 (f) 熱影響區(qū)處蝕坑2 EDS譜 圖10 母材和熱影響區(qū)試樣在30 ℃的含2 700 mg/L B3+ + 200 mg/L Cl-溶液中極化測(cè)試后的SEM形貌與EDS結(jié)果Fig. 10 SEM morphology and EDS patterns of specimens from base metal and heat affected zone after polarization test in 2 700 mg/L B3+ + 200 mg/L Cl- solution at 30 ℃: (a) BM, SEM morphology; (b) pit 1 in BM, EDS pattern; (c) substrate 2 in BM, EDS pattern; (d) HAZ, SEM morphology; (e) pit 1 in HAZ, EDS pattern; (f) pit 2 in HAZ, EDS pattern

圖11為不同溫度下Eb100與三種不同Cl-含量溶液的關(guān)系。結(jié)果表明，隨著溶液中Cl-含量及溶液溫度的升高，試樣的腐蝕敏感性增大。核電站一般都建在沿海地區(qū)，海水中NaCl含量接近于3.5%NaCl溶液，乏燃料池水質(zhì)要求Cl-限值應(yīng)小于0.15 mg/L，雖然鋼覆面焊接結(jié)構(gòu)在含2 700 mg/L B3+的純硼酸溶液中沒(méi)有發(fā)生點(diǎn)蝕，但當(dāng)加入200 mg/L Cl-(其含量不及3.5% NaCl的百分之一)后點(diǎn)蝕傾向顯著增加。由于乏燃料池為敞開(kāi)環(huán)境，因此空氣中含有的Cl-可能進(jìn)入硼酸水中，當(dāng)這些Cl-在鋼覆面的某些區(qū)域富集濃縮后，產(chǎn)生局部酸化環(huán)境會(huì)導(dǎo)致這些區(qū)域發(fā)生嚴(yán)重點(diǎn)蝕甚至穿孔泄漏。所以，乏燃料池在服役期間應(yīng)嚴(yán)格監(jiān)控水質(zhì)，避免Cl-等侵蝕性離子含量超標(biāo)。此外，溫度升高會(huì)導(dǎo)致焊接件點(diǎn)蝕抗力下降，因此工程上也要注意對(duì)溫度的監(jiān)控。

(a) 30 ℃ (b) 40 ℃ (c) 60 ℃圖11 在不同溫度下三種不同Cl-含量溶液中各試樣的Eb100Fig. 11 Eb100 of specimens in solutions with three Cl- concentrations at different temperatures

3 結(jié)論

(1) 三氯化鐵浸泡、極化曲線(xiàn)和EIS測(cè)試結(jié)果表明S32101/ER2209焊接板的點(diǎn)蝕抗力順序?yàn)椋汉缚p區(qū)>母材區(qū)>熱影響區(qū)，焊縫區(qū)耐蝕性明顯最優(yōu)的原因是其Cr、Mo、Ni含量較高，熱影響區(qū)點(diǎn)蝕傾向較高的主要原因是顯微組織不均勻。

(2) 在30，40,60 ℃含2 700 mg/L B3+的純硼酸溶液中，焊接板各區(qū)域在極化曲線(xiàn)測(cè)試中無(wú)點(diǎn)蝕，而在過(guò)鈍化區(qū)和氧析出區(qū)發(fā)生了均勻腐蝕。當(dāng)溶液中添加200 mg/L Cl-后，焊接件點(diǎn)蝕傾向增加，主要是母材區(qū)和熱影響區(qū)發(fā)生點(diǎn)蝕。點(diǎn)蝕敏感性隨溫度升高而升高。

(3) 符合技術(shù)規(guī)范的純硼酸溶液本身是足夠好的服役環(huán)境，乏燃料池在實(shí)際服役期間應(yīng)避免水溫長(zhǎng)時(shí)間過(guò)高以及水中雜質(zhì)Cl-超標(biāo)。