热处理对核电管道焊接接头腐蚀性能的影响

热处理对核电管道焊接接头腐蚀性能的影响

蒋自强

中国核工业二三建设有限公司北京市101300

摘要：为了缓解能源矛盾，除了积极开发太阳能、风能、潮次能及生物质能等可再生能源外，核能是被公认的唯一现实的可火规模替代常规能源的、既清洁又经济的现代能源。核能在人类生产和生活中应用的主要形式是核电。所以本文主要探究热处理对核电管道焊接接头腐蚀性能的影响，进而提出以下内容，希望能够为同行业工作人员提供相应的参考价值。

关键词：热处理；核电管道；焊接；腐蚀性

引言：

热处理是指材料在固态下，通过加热、保温和冷却的手段，以获得预期组织和性能的一种金属热加工工艺。在从石器时代进展到铜器时代和铁器时代的过程中，热处理的作用逐渐为人们所认识。

1.热处理的工艺特点和工艺过程

金属热处理是机械制造中的重要工艺之一，与其他加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。其特点是改善工件的内在质量，而这一般不是肉眼所能看到的。

为使金属工件具有所需要的力学性能、物理性能和化学性能，除合理选用材料和各种成形工艺外，热处理工艺往往是必不可少的。钢铁是机械工业中应用最广的材料，钢铁显微组织复杂，可以通过热处理予以控制，所以钢铁的热处理是金属热处理的主要内容。另外，铝、铜、镁、钛等及其合金也都可以通过热处理改变其力学、物理和化学性能，以获得不同的使用性能。

热处理工艺一般包括加热、保温、冷却三个过程，有时只有加热和冷却两个过程。这些过程互相衔接，不可间断。加热是热处理的重要工序之一。金属热处理的加热方法很多，最早是采用木炭和煤作为热源，近而应用液体和气体燃料。电的应用使加热易于控制，且无环境污染。利用这些热源可以直接加热，也可以通过熔融的盐或金，以至浮动粒子进行间接加热。金属加热时，工件暴露在空气中，常常发生氧化、脱碳(即钢铁零件表面碳含量降低)，这对于热处理后零件的表面性能有很不利的影响。因而金属通常应在可控气氛或保护气氛中、熔融盐中和真空中加热，也可用涂料或包装方法进行保护加热。加热温度是热处理工艺的重要工艺参数之一，选择和控制加热温度，是保证热处理质量的主要问题。加热温度随被处理的金属材料和热处理的目的不同而异，但一般都是加热到相变温度以上，以获得高温组织。另外转变需要一定的时间，因此当金属工件表面达到要求的加热温度时，还须在此温度保持一定时间，使内外温度一致，使显微组织转变完全，这段时间称为保温时间。采用高能密度加热和表面热处理时，加热速度极快，一般就没有保温时间，而化学热处理的保温时间往往较长。冷却也是热处理工艺过程中不可缺少的步骤，冷却方法因工艺不同而不同，主要是控制冷却速度。一般退火的冷却速度最慢，正火的冷却速度较快，淬火的冷却速度更快。但还因钢种不同而有不同的要求，例如空硬钢就可以用正火一样的冷却速度进行淬硬。

2.热处理对核电管道焊接接头腐蚀性能的影响

核电环境下腐蚀疲劳的发生主要分为两种:气相腐蚀疲劳和液相腐蚀疲劳。由于核电站高温高压的工作环境，会生产大量的水蒸气，在材料的表面形成一层氧化膜或在表面形成腐蚀区，从而恶化材料的疲劳性能;在液相条件下，由于溶液的电解质效应，腐蚀性的电解质与金属材料通过电化学腐蚀起作用，也会人人降低材料的疲劳寿命。在实际的工况下，主管道中的腐蚀疲劳行为处于这两种腐蚀疲劳方式的交互作用下难以分开，且液相腐蚀更为严重。

腐蚀疲劳是在循环载荷和腐蚀环境的协同、交互作用下，致使工程结构或构件因开裂或断裂提前失效的现象。通常条件下，材料只是受到循环加载应力的作用，受到环境的影响很小，但是在一些苛刻的条件下，材料所处的环境对其疲劳寿命的影响是无法忽略的，如海洋、制酸制碱工业、核电站等环境。腐蚀环境通常会在材料的表面发生腐蚀，或与材料表面形成电化学回路，导致金属溶解或形成金属化合物，从而促进裂纹萌生。在循环载荷和腐蚀环境的共同作用下，腐蚀疲劳造成的损伤在构件内不断积累，到达某一临界值时，开始形成初始的裂纹，随着循环应力和腐蚀环境的继续，裂纹将不断的扩展，此阶段裂纹扩展速度较慢，属于亚临界扩展。当裂纹长度达到其临界裂纹长度时，难以承受外载荷，裂纹发生快速扩展，以至断裂。总体来说，对于光滑试样的腐蚀疲劳过程包括裂纹萌生、裂纹扩展，和断裂三个过程。在这三个过程中，除了与一般的疲劳相似之处外，还要受到腐蚀环境的影响，这往往在裂纹的扩展和萌生阶段都有体现。

在腐蚀疲劳过程中，工件受到的影响不仅仅是疲劳和腐蚀环境的叠加，二者往往是协同作用，要远远超出单个因素的叠加。如前所述，液相环境对腐蚀疲劳的影响往往比气相更加严重。同时，相对来说，液相腐蚀疲劳在实际工程中所占的比例较高，破坏性也较人。目前，常见的液相腐蚀疲劳机理模型主要有四种：一是点蚀加速裂纹萌生理论:在腐蚀疲劳初期，金属表面固有的和疲劳损伤所造成的电化学不均匀性都会产生点蚀，导致裂纹提前萌生；二是变形活化理论:循环应力下滑移带的形成使金属表面电化学不均匀性增加，滑移带集中的变形区域与米变形区域组.成腐蚀电池，变形区为阳极，未变形区为阴极，阳极不断溶解而萌生腐蚀疲劳裂纹；三是保护膜破裂理论:对己钝化的金属，腐蚀介质首先在金属表而形成钝化膜，在循环应力的作用下，表面钝化膜遭到破坏，而在滑移台阶处形成无膜的微小阳极区，从此开始滑移一膜破一溶解一成膜的过程，逐步形成腐蚀疲劳裂纹；四是吸附理论:金属从环境中吸附了活性物质，使金属表面能降低，从而改变金属的力学性能。对于不同的疲劳环境和不同的工作模式，使用的模型也不同，而在实际工况下，腐蚀疲劳发生的模型往往是)L种方式的综合效应。一方面，在热处理下，试样表面形成的驻留滑移带毫无疑问的会降低材料的抗腐蚀能力，即使是可回复的滑移带也会在露出新鲜金属的过程中被氧化、氢化或溶解，这毫无疑问会破坏基体材料的固有结构，从而促进裂纹的萌生。另一方面，析出相、夹杂物和划痕等材料表面固有的缺陷往往更容易在腐蚀环境下被进一步破坏，这一过程在实验初期就会开始，它们一般是裂纹最早开始萌生的区域。所以在常规疲劳过程中裂纹的萌生过程在腐蚀疲劳环境下会被不同程度的加速，因此腐蚀疲劳的发生更容易、破坏性更大。

总结：通过对上述的内容进行分析研究之后可以得出，总而言之，随着我国热处理的技术水平在不断的提高，从而被广泛的应用到了核电管道的焊接工艺中，通过对其进行应用，不仅仅能够提高其焊接的质量，与此同时也是能够提高其抗腐蚀的能力，更好的去促进我国核电管道事业的不断发展，促进我国社会主义经济水平的提高。

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