核電廠蒸汽發(fā)生器SA213T22傳熱管表面氧化膜的耐蝕性

我國自主知識產(chǎn)權的200MW高溫氣冷堆核電站正在山東榮成建造，蒸汽發(fā)生器傳熱管的預熱段、蒸發(fā)段采用SA213T22無縫鐵素體耐熱合金管。SA213T22傳熱管從制造到蒸汽發(fā)生器完成組裝預計36個月，傳熱管的防腐蝕周期要求至少滿足3a以上。SA213T22屬于Cr-Mo鋼系列，該鋼種有較高的持久塑性和良好的焊接性能，但并不具備良好的耐腐性。對于SA213T22傳熱管的防腐蝕，國內(nèi)科院院所均缺少實際應用經(jīng)驗，無法提供相應數(shù)據(jù)。因此，研究如何提高SA213T22傳熱管的耐蝕性具有重大的工程意義。

研究表明，在SA213T22傳熱管表面產(chǎn)生一層均勻、致密、附著力好的氧化膜有助于提高傳熱管在高溫環(huán)境中的耐蝕性。研究人員在蒸汽發(fā)生器SA213T22傳熱管表面人工形成了高溫氧化膜，采用SEM、XRD、熱重分析（TG-DTG)等方法對氧化膜的性能進行了觀察和分析；采用鹽霧法表征了傳熱管的耐蝕性，以期為SA213T22傳熱管實際應用提供相關依據(jù)。

高溫氧化成膜工藝如下：放樣（SA213T22傳熱管）→抽真空→550℃通純氧氣→550℃保溫→降溫至180℃→出爐→浸礦物油。經(jīng)觀察，傳熱管表面形成的氧化膜均勻、致密、完整。高溫氧化膜薄而均勻，厚度為4.195～5.734μm，平均厚度為5.003μm。

氧化物分子與其金屬原子的體積比（PBR)可作為氧化膜致密性的判據(jù)。當PBR<1時，氧化物不能完全覆蓋金屬表面；當PBR≈1時，可形成對基體金屬具有良好保護性的完整氧化膜；當PBR>>1時，由于氧化物與金屬的體積比過大，氧化膜內(nèi)應力較大，當應力超過了氧化膜的結合強度時，氧化膜便發(fā)生開裂與剝落，將會暴露出金屬表面，PBR>>1的金屬氧化膜對金屬的抗氧化性是不利的。試驗結果表明：

（1）SA213T22傳熱管在高溫氧化爐內(nèi)經(jīng)過抽真空、550℃純氧氣保溫、降溫至180℃、出爐、浸礦物油后，表面氧化形成了均勻、致密的氧化膜，氧化膜薄而均勻，平均厚度約為5.003μm。

（2）SA213T22傳熱管氧化膜完整、無孔隙，其主要成分為Fe3O4和α-Fe2O3，除氧元素外的其他元素組成與鋼基體保持一致。

（3）經(jīng)過高溫氧化及礦物油封閉處理后，SA213T22傳熱管的耐蝕性得到了顯著提高，耐蝕性能完全滿足工程應用要求。