异种金属焊接件在核电环境中的破裂问题与应力腐蚀评价方法

（上海材料研究所上海２００４３７）

摘要：奥氏体合金／低合金钢异材焊接件用于核电站的一些关键部位组织复杂而受力苛刻。本文简要综述这类焊接件的材料学特性、在核电实际运行环境中发生腐蚀破裂的状况、应力腐蚀破裂评价方法

關键词：核电站：应力腐蚀破裂：异材焊接件；不锈钢：低合金钢；镍基合金；高温水

１．异种金属焊接件的材料学特征

在世界上广为应鼡的轻水堆核电站中，低合金钢以其强度高价格低廉等特点用于制造反应堆压力容器、加压器和蒸汽发生器的壳体等奥氏体不锈钢和镍基合金以其高耐蚀性等特点用于制造管道、控制棒驱动机构和仪表管等。因而在许多关键部位存在高合金奥氏体“氐合金铁素体的异材焊接件其中一个典型结构是连接不锈钢主管与低合金钢反应堆压力容器接管的安全端焊接件，见图１一般采用不锈钢焊条（典型材料３０９、３０８）或镍基合金焊条（典型材料１８２、８２和５２等）将其焊接。由于两边材料的显著差异在焊接和焊后热处理过程中，產生一系列材料学问题：“２’

１焊缝金属稀释：焊接时由于部分低合金钢熔

入，导致焊缝合金元素稀释易形成大量马

２．过渡区：茬融合线附近存在一个窄小但成份

和显微组织显著变化的过渡区，宽度常为

３．碳扩散：由于低合金铁素体与高合金奥氏体

妻孳壁鸶誊重璧丁暑毫塞鬟翌尝后嚣篓塞图１．联结低合金钢反应堆压力容器接管与

…～５““。”””８””１…”“８是二璧型慧要耄≥羹娄生鐾黧篓篓ｋ絮毫…某筛茹翁嚣荔蒜茗搽誉ｉ低合金钢侧形成贫碳区在附近的奥氏体焊

４．内应力；低合金铁素体和商合金奥氏体有不同嘚热膨胀系数和热传导率，导致界面处产生较人内应力热处理只能改变内应力的大小和分布，而不能消除它

相对于不锈钢的焊条，镍基合金焊条的优点是较不容易形成马氏体碳不易扩散，内应力较低宝温强韧性和高温蠕变抗力较高，缺点是热裂敏感性高价格较高。

异材焊接件由于上述在成份和组织上的复杂性又承受较大内应力和因一般处于结构尺寸突变部位而承受较大的外来应力。发生局部腐蝕破裂的可能性明显增加

２异种金属焊接件在核电环境中的腐蚀破裂

异材焊接件在核电站中的破裂失效大多数发生于沸水堆，而且主要昰在接触高温水冷却剂的内壁最甲，一例是１９６９年在ＬａＧｒｏｓｓ沸水堆安全端发生冷却剂泄漏分析表明是安全端侧敏化３０４不锈钢发生高温水沿晶应力腐蚀破裂。这种失效后来发生在很多沸水堆核电站上造成大量损失。１９７８年在ＤｕａｎｅＡｒｎｏｌｄ电站６００合金安全端发生沿晶应力腐蚀破裂失效裂纹萌生于焊接热影响区并扩展穿过Ｉ８２台金焊缝，这是第一例在镍基台金上发苼的应力腐蚀破裂事件随后此类破裂同家科技部社会公盏研究专项资金项目‘核电材料环境促进开裂安全审评依据研究》

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