第10期 陆永浩等：温度对Z3CN20-09M不锈钢在含氯高温水中应力腐蚀行为的影响 .1321· 般认为，奥氏体不锈钢在室温下很少发生水 者组成相的选择性溶解8-12，例如在NaC1(质量分 和氯化物开裂，但随着温度的升高，应力腐蚀开裂 数26%)的溶液中2205双相钢中应力腐蚀开裂起源 (SCC)倾向明显增大.在高温水环境中，奥氏体不锈 于点蚀，而α相（铁素体相）的选择性溶解促进了 钢的应力腐蚀开裂通常以沿晶开裂为主，即使在高 其应力腐蚀裂纹的扩展.对于Z3CN20-09M,应力腐 C一溶液中因表面严重塑性变形而首先发生穿晶应 蚀裂纹会像一殷奥氏体不锈钢一样由晶界萌生和扩 力腐蚀开裂，在随后的扩展中也会过渡成为沿晶应 展，还是像双相钢一样起源于点蚀坑或铁素体相的 力腐蚀开裂.另一方面，在许多情况下，不锈钢的 选择性溶解？另外，Z3CN20-09M的铁素体/奥氏体 腐蚀速度与温度的关系是比较复杂的.在纯水环境 相界面在应力腐蚀裂纹的萌生和扩展中起何作用？ 中，L等1-研究表明：随着温度的升高奥氏体不 到目前为止尚无报道.因此，研究Z3CN20-09M铸 锈钢应力腐蚀裂纹扩展速率加快，呈单调递增的趋 造奥氏体不锈钢在高温水中的应力腐蚀机制，不仅 势.Katada和Nagata3]通过模拟BWR环境下的疲 对上述问题的解答，而且对该材料在核电服役过程 劳试验，发现在250~320℃范围内，随着温度的升 中环境致裂问题的研究)，都显得非常重要 高，应力腐蚀裂纹扩展速率减小，呈单调递减的趋 势.更为有趣的是，Asakura等④研究的结果显示， 1试验材料和方法 在250300℃范围内，304不锈钢在260℃的含氧 试验材料为经固溶处理的压水堆一回路核级 高温水中腐蚀速度最快.类似地，Andresen!同的试 主管道不锈钢Z3CN20-09M,材料化学成分如表1 验结果也显示敏化304不锈钢在高温水中的沿晶应 所示.材料的原始组织为在奥氏体基体上分布着不 力腐蚀敏感性在250℃时达到峰值.关商心等6通 同形状的岛状铁素体（图1）.通过金相统计法计算 过对316L不锈钢在不同温度下的高温水应力腐蚀 得到该材料中铁素体的质量分数为18.03% 开裂试验也表明，在250℃时316L的应力腐蚀开 应力腐蚀试验采用U型弯曲试样，在静态高压 裂敏感性达到最大这些不同的试验结果说明，温 釜中进行，腐蚀介质为含少量NaCl的纯水溶液，CI 度与不锈钢的应力腐蚀开裂敏感性之间的关系可能 质量浓度为100mg-L1,试验温度设为250、290和 并非单调递增或递减，而是存在一个敏感温度使其 320℃.在室温饱和溶解氧含量条件下，充氮气保证 达到最大⑦ 温度升至试验温度时压强在15MPa左右.每组试验 Z3CN20-09M铸造奥氏体不锈钢(CASS)具有 分为120、360和720h三个试验周期进行 强度高、耐蚀耐热性能好、焊接性能优异等特点， 每周期试验结束后，用15倍放大镜检查试样的 被大量用于核电站主管道、弯头、安全端等部件.其 开裂情况.用场发射扫描电镜(SEM)观察氧化膜形 组织典型特点为在奥氏体基体中镶嵌着一定量（质 貌及厚度.对于开裂试样，用线切割的方法沿开裂 量分数12%~20%)的第二相铁素体.对于双相钢而 部位纵向切开，经镶样、水磨和抛光后用扫描电镜 言，含氯离子应力腐蚀裂纹一般都起源于点蚀坑或 的背散射像观察裂纹以及它们与相界之间的关系. 表1Z3CN20-09M不锈钢的化学成分（质量分数） Table 1 Chemical composition of Z3CN20-09M stainless steel C Si Mn P S Cr Ni 0.02 1.07 1.02 0.017 0.0023 20.16 8.93 Cu Co Nb+Ta B Mo N Ti 0.063 0.026 0.050 0.0001 0.22 0.046 0.002 试验结果 稍微偏离正中部的位置，由于金属内部存在拉应力 2.1U型试样应力状态模拟 是金属在特定的腐蚀环境发生应力腐蚀开裂的必要 为了对U型试样内部应力状态进行分析，通过 条件，因此可以推测U弯试样最有可能开裂的位置 ANYSIS模拟计算了U型试样内部应力分布图，如 应该在图2所示的外侧红色区域 2.2温度对高温水应力腐蚀试样的宏观形貌的影响 图2所示.图2(a)中红色区域为U型试样外侧所 受最大拉应力的区域，图2(b)蓝色区域为U型试 图3为不同试验温度下进行不同时间高温水腐 样内侧所受最大压应力的区域.由两图均可以看出 蚀试验后试样的宏观形貌，通过15倍放大镜观察 U型试样所受应力最大处并不在U弯顶部，而是在 试样裂纹出现情况.从图中可以发现，应力腐