中国核电工程有限公司
1、事件背景：
某核电站检修时发现海水介质蝶阀阀板产生严重腐蚀，阀板材质为双相不锈钢SAF2507，腐蚀情况见下图所示，腐蚀较多的一件阀板编为1#，腐蚀较少的一件阀板编为2#：
图1 1#阀板外观 图2 2#阀板外观
2、原因分析
我方对上述两件破损阀板分别进行了化学成分分析、硬度测试、金相分析、扫描电镜分析等一系列的测试和分析，通过测试结果进行腐蚀原因的分析和判断，初步判断腐蚀原因与海水环境、阀板金相组织、阀板化学成分有密切关系。
2.1 海水介质腐蚀原因分析如下：
（1）冲刷腐蚀失效，主要是金属表面切应力效应；
（2）防腐涂层、衬里脱落失效带来了腐蚀问题；
（3）均匀腐蚀问题，主要是海水中氧含量丰富且含有次氯酸钠，金属钝化膜不易形成。主要发生吸氧腐蚀，表现形式为腐蚀速度明显加快；
（4）电偶腐蚀问题，因为海水为强电解质，为电位低的金属加快腐蚀创造了条件；
（5）闭塞电池腐蚀问题，系列处于备用状态，这些区域的海水不流动，是“死水”，易形成自催化的闭塞腐蚀效应；
（6）不同电位的金属的选择性腐蚀；
（7）不锈钢因氯离子产生的点蚀穿孔；
（8）海生物腐蚀；
2.2 导致阀板腐蚀的主要原因分析：
通过宏观分析可知，1#和2#阀板整体呈锈蚀状，除局部或部分区域有破损和脱落外，同时还可见凹坑孔洞特征。
通过金相分析可知，1#和2#阀板各区域的金相组织特征相似，在破损处和孔洞处均可见凹坑及梳齿状特征，呈现腐蚀组织特征，同时在邻近破损处和孔洞处以及其他区域的阀体表面均可见凹坑孔洞特征，表现为点腐蚀形态。此外，破损处和孔洞处存在梳齿状特征表明组织中的铁素体和奥氏体两相存在不均匀腐蚀，其中铁素体相存在优先腐蚀现象，结合组织中在铁素体上可见析出相可判断，铁素体相的优先腐蚀与其上存在析出相密切相关。
通过扫描电镜分析结果可知，1#和2#阀板存在严重的腐蚀现象，其中阀板的表面具有点腐蚀特征，而破损处的纤维状特征则表明材料存在不均匀腐蚀。
通过能谱分析结果可知，无论阀板的表面还是破损面上均存在O、Cl（大部分还含有S）等氧化腐蚀性元素，而氧化腐蚀性元素的来源则与海水介质有关。此外，由能谱成分分析还可知，1#和2#阀板基体中的析出相富含Mo元素。
综合以上的宏观及微观分析结果并结合阀板的组织特征可以判断，1#和2#阀板的破损属腐蚀破损失效，且主要为点腐蚀破坏。阀板组织中铁素体上存在析出相是导致阀板耐腐蚀性下降并产生腐蚀破损的主要原因，而阀板的铸态组织以及局部存在疏松对阀板的腐蚀破损失效起到了促进作用。
对于铁素体奥氏体双相不锈钢而言，要获得良好的耐腐蚀性以及力学性能，通常需进行淬火固溶处理，以得到均匀的、无析出相的铁素体奥氏体双相组织。由于送检的1#和2#阀板均为铸态组织，且局部有疏松，同时其组织中的铁素体上存在析出相（析出相的存在表明固溶处理不充分或未经固溶处理），导致阀板的耐腐蚀性能下降，在海水中腐蚀性的离子（特别是Cl离子）的作用下，首先在阀板的表面缺陷以及疏松夹杂等处形成点蚀坑，随着腐蚀性的海水介质的不断作用，点腐蚀坑不断加深、加大并相互连接贯通，在此过程中针状的铸态组织、局部疏松以及耐腐蚀性下降的铁素体相的优先腐蚀（包括电偶腐蚀）均进一步加剧了腐蚀的发展。至一定程度，腐蚀严重部位在工作介质的外力作用下产生了局部或部分脱落，最终导致阀板的破损。
与ASTM A240/A240M-15a中2507牌号不锈钢相比，1#和2#两件蝶阀阀板的S含量偏高，Cr和N含量偏低。
根据组织特征可判断，1#和2#两件蝶阀阀板均为铸件，经分析，1#和2#两件蝶阀阀板的破损属腐蚀破损失效，且主要为点腐蚀破损。阀板组织中铁素体上存在析出相是导致阀板耐腐蚀性能下降并最终产生腐蚀破损的主要原因，而阀板的铸态组织以及局部疏松的存在对阀板的腐蚀破损失效起到了促进作用。
3、预防措施
双相钢材料（SAF2507）炉料分析和热处理过程为关键工艺过程，加强检验，检验结果长期存档，保证产品质量的可追溯性，加强材料的检验，理化分析及性能检测。
3.1 热处理过程的控制
3.1.1 热处理车间在接受热处理零件时应首先核对零件实物、工艺和作业记录卡片三者是否相符，标识是否正确，当发生不一致时应拒绝接受。
3.1.2 热处理操作者应严格执行工艺文件和工艺守则，控制装炉量和工艺参数，并填写热处理零件检验记录表，热处理工艺参数记录和热处理时间——温度记录纸，应经热处理责任工程师签字确认并作质量档案归档保存。
3.1.3 热处理检验员应加强现场工艺监督和巡回检验，监督检验内容至少包括装炉数量、升温速度、加热温度、保温时间、冷却速度、出炉温度、随炉试样等。
3.1.4 随炉热处理试样需作批次号标识移植，并在热处理检验员目击下进行。
3.1.5 用于热处理的体验、测量、试验设备，应处于完好状态，并具有有效期内的检验合格证，严禁使用没有合格标识的检测设备。
3.1.6 热处理车间应定期做好炉温均匀性检查，并保存记录。
3.1.7 在热处理作业过程中，操作者应严格遵守操作规程，当出现擅自脱离热处理工艺文件操作时，则该热处理零件，按不合格品控制程序处理。
3.1.8 热处理的全部记录、检验、试验报告应归档保存。
3.2 化学成分检验
SAF2507材质应符合ASTM A240/A240M-15a的规定要求。
3.3 晶间腐蚀试验
SAF2507材质在交货状态的产品上，按要求截取和加工试样，取样位置相当于成品表面；试验按ISO 3651-2中C法的规定进行晶间腐蚀试验和验收。若该批铸件的晶间腐蚀试验不合格，则整批铸件报废，不进行复试和重新热处理。
3.4 对双相不锈钢SAF2507铸件，应按批分别进行一次铁素体含量的测定和有害中间相检测：铁素体含量测定按ASTM E562进行测量，铁素体含量控制在40%～60%；有害中间相检测按ASTM A923中的B法进行检测，试验温度为-40℃，吸收能量不小于54J。
3.5 对双相不锈钢SAF2507铸件，如在水压试验中发现铸件泄漏，或当焊补时缺陷清除区的深度超过实际壁厚的20%或25mm中的较小值，或缺陷清除区的面积达到65cm2时，则铸件经焊补后应进行固溶处理。
焊补后应进行下列检验：
—对整个焊补区进行液体渗透检验；
—对属于“较大打磨区”的焊补区进行射线检验。打磨区的大小或以深度划分，或以表面积划分均可。
通过核电站的实际使用证明，上述控制措施效果显著，海水蝶阀在海水环境中的使用寿命大大延长，阀板腐蚀明显减少，电站检修工作量和停工时间减少，节约了采购成本和维修成本，得到了最终用户的称赞。
论文作者:李书元
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年8期
论文发表时间:2019/8/2
标签：组织论文; 海水论文; 铸件论文; 特征论文; 孔洞论文; 金相论文; 工艺论文; 《建筑学研究前沿》2019年8期论文;