核電廠蒸汽發(fā)生器SA213T22傳熱管表面氧化膜的耐蝕性

我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的200MW高溫氣冷堆核電站正在山東榮成建造，蒸汽發(fā)生器傳熱管的預(yù)熱段、蒸發(fā)段采用SA213T22無(wú)縫鐵素體耐熱合金管。SA213T22傳熱管從制造到蒸汽發(fā)生器完成組裝預(yù)計(jì)36個(gè)月，傳熱管的防腐蝕周期要求至少滿足3a以上。SA213T22屬于Cr-Mo鋼系列，該鋼種有較高的持久塑性和良好的焊接性能，但并不具備良好的耐腐性。對(duì)于SA213T22傳熱管的防腐蝕，國(guó)內(nèi)科院院所均缺少實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，無(wú)法提供相應(yīng)數(shù)據(jù)。因此，研究如何提高SA213T22傳熱管的耐蝕性具有重大的工程意義。

研究表明，在SA213T22傳熱管表面產(chǎn)生一層均勻、致密、附著力好的氧化膜有助于提高傳熱管在高溫環(huán)境中的耐蝕性。研究人員在蒸汽發(fā)生器SA213T22傳熱管表面人工形成了高溫氧化膜，采用SEM、XRD、熱重分析（TG-DTG)等方法對(duì)氧化膜的性能進(jìn)行了觀察和分析；采用鹽霧法表征了傳熱管的耐蝕性，以期為SA213T22傳熱管實(shí)際應(yīng)用提供相關(guān)依據(jù)。

高溫氧化成膜工藝如下：放樣（SA213T22傳熱管）→抽真空→550℃通純氧氣→550℃保溫→降溫至180℃→出爐→浸礦物油。經(jīng)觀察，傳熱管表面形成的氧化膜均勻、致密、完整。高溫氧化膜薄而均勻，厚度為4.195～5.734μm，平均厚度為5.003μm。

氧化物分子與其金屬原子的體積比（PBR)可作為氧化膜致密性的判據(jù)。當(dāng)PBR<1時(shí)，氧化物不能完全覆蓋金屬表面；當(dāng)PBR≈1時(shí)，可形成對(duì)基體金屬具有良好保護(hù)性的完整氧化膜；當(dāng)PBR>>1時(shí)，由于氧化物與金屬的體積比過(guò)大，氧化膜內(nèi)應(yīng)力較大，當(dāng)應(yīng)力超過(guò)了氧化膜的結(jié)合強(qiáng)度時(shí)，氧化膜便發(fā)生開(kāi)裂與剝落，將會(huì)暴露出金屬表面，PBR>>1的金屬氧化膜對(duì)金屬的抗氧化性是不利的。試驗(yàn)結(jié)果表明：

（1）SA213T22傳熱管在高溫氧化爐內(nèi)經(jīng)過(guò)抽真空、550℃純氧氣保溫、降溫至180℃、出爐、浸礦物油后，表面氧化形成了均勻、致密的氧化膜，氧化膜薄而均勻，平均厚度約為5.003μm。

（2）SA213T22傳熱管氧化膜完整、無(wú)孔隙，其主要成分為Fe3O4和α-Fe2O3，除氧元素外的其他元素組成與鋼基體保持一致。

（3）經(jīng)過(guò)高溫氧化及礦物油封閉處理后，SA213T22傳熱管的耐蝕性得到了顯著提高，耐蝕性能完全滿足工程應(yīng)用要求。