初步研究316L不锈钢焊缝在含氢杂质的液态锂中的腐蚀行为

2019-12-07 03:25:32

  通过失重法和硬度分析等手段,研究了不同温度下316L不锈钢焊缝区在含0.15%杂质的液态锂中浸泡500小时的腐蚀行为。实验结果表明,当腐蚀温度为450℃、560℃和720℃时,样品的平均腐蚀速率分别为2.38、1.10和1.86。在焊缝表面上分别发现了晶界腐蚀,大量致密的尺寸为1~2μm的碳化物和少量尺寸为10~20μm的“类尖晶石”结构的碳化物。仅在720℃的腐蚀焊缝截面发现了明显的腐蚀相变层。焊缝表面的平均维氏硬度分别为HV114.05、HV98.52和HV91.65。总之,随着温度的升高,焊缝区腐蚀越严重。焊缝表面的碳化物与H杂质发生化学反应后溶解于液态锂中,加速了焊缝区在液态锂中的腐蚀。


  在IFMIF靶系统的液态锂回路中,316L不锈钢以其良好的机械加工性能、耐腐蚀和高抗氧化性能而被选为回路管道材料。316L不锈钢在液态锂回路中的应用必然需要焊接。浙江至德钢业有限公司通过电化学方法研究了316L不锈钢焊缝区的耐腐蚀性能,结果发现焊缝区因化学成分、微观结构和力学性能被改变而导致其耐腐蚀性能明显下降。故在研究回路管道与液态锂的相容性时,应该更多地关注焊缝区在液态锂中的腐蚀情况。此外,至德钢业研究发现含有非金属杂质的液态锂会加速腐蚀奥氏体不锈钢。为保障液态锂回路的安全运行并提供一定的数据参考,有必要开展316L奥氏体不锈钢焊缝区在含杂质的液态锂中的腐蚀行为研究。近几十年来,国内外科研人已大量研究奥氏体、铁素体/马氏体不锈钢在静态液态锂中的腐蚀行为。至德钢业通过实验研究了含有N的液态锂对316L不锈钢腐蚀行为的研究。实验结果发现腐蚀后样品表面形成了起伏地表结构,在此形貌结构下发现了软化的铁素体。与纯锂腐蚀相比,氮杂质的存在使316L不锈钢的质量损失增加了25倍。


  浙江至德钢业有限公司在700℃液态锂对不锈钢浸泡1000小时的腐蚀实验中发现腐蚀后的316不锈钢表面有σ相形成,铁素体/马氏体不锈钢表面有γ相形成。在液态锂中加入0.05%的杂质后,316不锈钢表面的σ相数量明显增多,脱碳区厚度不变但碳含量显著降低,铁素体/马氏体不锈钢表面发现γ相和σ相。至德钢业通过失重法等手段研究了含焊缝的316L不锈钢样品在350℃液态锂中浸泡500小时的腐蚀行为。结果表明在316L不锈钢焊缝区出现明显的晶界腐蚀,样品的腐蚀速率和腐蚀深度分别为99.8mg。在焊缝区和母材区的渗透深度分别约为8.6μm和4.8μm。尽管人们对不锈钢在含杂质液态锂中的腐蚀行为和不锈钢焊接件的腐蚀行为进行了大量的研究,但关于316L不锈钢焊缝在含杂质的液态锂中腐蚀行为的研究还未被报道。因此本工作将通过失重法和硬度测试等分析手段初步研究316L不锈钢焊缝区在不同温度下含杂质的液态锂中浸泡500小时的腐蚀行为。


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