奧氏體不銹鋼焊接接頭在液態(tài)Pb-Bi合金中的動態(tài)腐蝕行為研究.pdf

1、Pb-Bi共晶合金（LBE）由于具有優(yōu)良的性能，成為未來即將投入使用的第四代核能系統(tǒng)中的加速器驅(qū)動次臨界系統(tǒng)（ADS）和鉛冷快堆（LFR）冷卻劑的重要候選材料。奧氏體不銹鋼由于其良好的耐腐蝕性而成為第四代核反應(yīng)堆包層和回路管道的重要候選結(jié)構(gòu)材料。然而，結(jié)構(gòu)材料長期暴露在液態(tài)Pb-Bi合金中，會發(fā)生部分元素的溶解以及與Pb-Bi合金中的雜質(zhì)O發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，生成新的化合物，改變固態(tài)金屬原有的屬性，形成溶解腐蝕和氧化腐蝕。在管道及包層材

2、料的連接中，焊接技術(shù)是必不可少的，而焊接接頭由于存在成分偏析、晶粒粗大以及焊接殘余應(yīng)力等，使得腐蝕行為變得更加復(fù)雜，導(dǎo)致許多腐蝕行為優(yōu)先發(fā)生在焊接接頭處。因此，研究奧氏體不銹鋼焊接接頭在高流速液態(tài)Pb-Bi合金中的腐蝕行為意義重大，可以為進一步優(yōu)化奧氏體不銹鋼焊接接頭耐腐蝕性能方面提供理論支持和試驗依據(jù)。
　　本文選用核工業(yè)中常用的316L和310奧氏體不銹鋼作為研究對象，利用課題組自主設(shè)計制造的旋轉(zhuǎn)腐蝕試驗裝置進行試驗。首先，對

3、不同焊接熱輸入的316L不銹鋼焊接試樣在溫度為550℃，相對流速為1.7m/s的液態(tài)Pb-Bi合金中進行動態(tài)腐蝕1000h，通過焊接接頭與母材的腐蝕情況對比，研究了焊接熱輸入對材料焊接接頭耐蝕性的影響。其次，研究了在不同的相對流速條件下，316L不銹鋼焊接接頭與母材之間的腐蝕行為的差異，分析了相對流速對材料焊接接頭耐蝕性的影響；最后，研究了相同流速條件下，兩種不同結(jié)構(gòu)材料310與316L不銹鋼，其母材與焊接接頭腐蝕行為的差異，并分析了其

4、腐蝕機理。
　　試驗結(jié)果表明：不同焊接熱輸入（7.6KJ/cm、12.8KJ/cm、18.7KJ/cm）的316L不銹鋼焊接接頭在相對流速為1.7m/s，溫度為550℃的液態(tài) Pb-Bi合金中腐蝕1000h后，試樣表面都形成了雙氧化層，氧化層與基體結(jié)合較好，外氧化層由原始表面向外生長，主要組成為Fe3O4，并有部分Pb參與了反應(yīng)生成了PbFe4O7；內(nèi)氧化層由原始表面向內(nèi)生長，主要組成為FeCr2O4，內(nèi)氧化層致密性大于外氧化層。

5、Pb-Bi合金僅僅在最外層發(fā)生了部分滲透，說明雙氧化層對基體具有一定的保護作用。通過對比發(fā)現(xiàn)，母材區(qū)耐蝕性能最優(yōu)，焊縫區(qū)次之，而熱影響區(qū)耐蝕性能最差，因此焊接接頭部分是需要重點保護的區(qū)域。研究發(fā)現(xiàn)，焊接熱輸入越大的試樣氧化速度越快，同時腐蝕失重率越高。熱輸入主要影響奧氏體晶粒的尺寸與焊縫區(qū)鐵素體的尺寸，奧氏體晶粒尺寸對焊接接頭區(qū)域的耐蝕性起關(guān)鍵作用，越小的晶粒尺寸能獲得越好的耐蝕性，當(dāng)熱輸入為7.6KJ/cm時，焊接接頭的耐蝕性最佳。<

6、br>　　另外，在不同相對流速（1.7m/s、2.31m/s、2.98m/s）下，316L不銹鋼焊接試樣在溫度為550℃的液態(tài)Pb-Bi合金中腐蝕1000h后，試樣表面也都形成了雙氧化層結(jié)構(gòu)。高流速下的腐蝕過程主要以氧化腐蝕和磨損腐蝕為主。隨著相對流速的提高，元素的傳質(zhì)過程變快，不銹鋼焊接接頭試樣表面氧化更加嚴重，同時相對流速的提高也加大了液態(tài)Pb-Bi合金對外氧化層表面的磨蝕，表現(xiàn)為內(nèi)氧化層的生長速度大于外氧化層，外氧化層的表面粗糙度