晶粒尺寸對(duì)316LN不銹鋼晶間腐蝕敏感性的影響

AP1000壓水堆核電技術(shù)是美國(guó)西屋公司設(shè)計(jì)的第三代核電站技術(shù)，在安全性和使用壽命上均有較大的提高。AP1000主管道采用超低碳控氮奧氏體不銹鋼（316LN）整體鍛造技術(shù)，實(shí)現(xiàn)一體化，減少不必要的焊接，并使得其設(shè)計(jì)壽命從第二代的40a延長(zhǎng)到60a。由于主管道尺寸較大，形狀復(fù)雜，在彎制過(guò)程中可能出現(xiàn)表面和芯部變形不均勻的現(xiàn)象。而且主管道用316LN不銹鋼熱導(dǎo)率很低，在熱處理過(guò)程中主管道表面與芯部的溫度不一致，也可能導(dǎo)致主管道組織、晶粒度不均勻。

奧氏體不銹鋼在熱處理或焊接之后的冷卻降溫階段，要經(jīng)過(guò)450～850℃這一個(gè)“危險(xiǎn)溫度區(qū)”，如果冷卻速度過(guò)慢可能會(huì)使得不銹鋼在晶界處析出Cr的碳、氮化合物等析出相。此外，輻射也會(huì)誘導(dǎo)形成析出相，這些析出相的形成導(dǎo)致晶界貧Cr，造成抗晶界腐蝕性能下降。在高溫高壓水環(huán)境以及輻照條件下長(zhǎng)期服役時(shí)甚至?xí)斐蓱?yīng)力腐蝕開(kāi)裂。目前，晶粒尺寸對(duì)不銹鋼晶間腐蝕性能影響的研究大多集中在304不銹鋼以及少量316不銹鋼上，很少有針對(duì)316LN不銹鋼晶間腐蝕性能影響的研究報(bào)道。這是因?yàn)?16LN不銹鋼相對(duì)于前兩者具有更低的C含量以及更高的N含量，使得Cr的碳化物析出更困難。而且晶粒尺寸對(duì)316LN不銹鋼晶間腐蝕的電化學(xué)行為及其對(duì)晶間腐蝕具體的敏感程度和原因都不太清楚。

南京航空航天大學(xué)的研究者采用電化學(xué)動(dòng)電位再活化法（DLEPR)這一廣泛應(yīng)用于評(píng)價(jià)奧氏體不銹鋼晶間腐蝕性能的方法，研究了晶粒尺寸對(duì)316LN奧氏體不銹鋼耐晶間腐蝕的影響。研究結(jié)果表明：

（1）316LN不銹鋼的晶間腐蝕敏感性隨著晶粒尺寸的增大而減小。當(dāng)平均晶粒尺寸為96和193μm時(shí)，再活化率Rt分別為1.14%和0.07%，晶界干凈，無(wú)晶間腐蝕；當(dāng)平均晶粒尺寸為22μm時(shí)，再活化率Rt達(dá)到了42.22%，晶界明顯粗化，還出現(xiàn)了腐蝕溝并連成網(wǎng)狀，晶粒內(nèi)部也出現(xiàn)了明顯的腐蝕坑，表現(xiàn)出了明顯的晶間腐蝕。

（2）316LN不銹鋼的表面相對(duì)電子功函數(shù)（EWF）分布較為均勻，平均晶粒尺寸為22μm試樣的EWF值為（-285+/-20)meV，而平均晶粒尺寸為96μm試樣的EWF值為（-205+/-20)meV，后者要略高于前者。說(shuō)明晶粒尺寸越大，表面電子結(jié)構(gòu)分布越穩(wěn)定，越不易失去電子。