晶粒尺寸对316LN不锈钢晶间腐蚀敏感性

AP1000压水堆核电技术是美国西屋公司设计的第三代核电站技术，在安全性和使用寿命上均有较大的提高。AP1000主管道采用超低碳控氮奥氏体不锈钢（316LN）整体锻造技术，实现一体化，减少不必要的焊接，并使得其设计寿命从第二代的40a延长到60a。由于主管道尺寸较大，形状复杂，在弯制过程中可能出现表面和芯部变形不均匀的现象。而且主管道用316LN不锈钢热导率很低，在热处理过程中主管道表面与芯部的温度不一致，也可能导致主管道组织、晶粒度不均匀。
奥氏体不锈钢在热处理或焊接之后的冷却降温阶段，要经过450～850℃这一个“危险温度区”，如果冷却速度过慢可能会使得不锈钢在晶界处析出Cr的碳、氮化合物等析出相。此外，辐射也会诱导形成析出相，这些析出相的形成导致晶界贫Cr，造成抗晶界腐蚀性能下降。在高温高压水环境以及辐照条件下长期服役时甚至会造成应力腐蚀开裂。目前，晶粒尺寸对不锈钢晶间腐蚀性能影响的研究大多集中在304不锈钢以及少量316不锈钢上，很少有针对316LN不锈钢晶间腐蚀性能影响的研究报道。这是因为316LN不锈钢相对于前两者具有更低的C含量以及更高的N含量，使得Cr的碳化物析出更困难。而且晶粒尺寸对316LN不锈钢晶间腐蚀的电化学行为及其对晶间腐蚀具体的敏感程度和原因都不太清楚。
南京航空航天大学的研究者采用电化学动电位再活化法（DLEPR)这一广泛应用于评价奥氏体不锈钢晶间腐蚀性能的方法，研究了晶粒尺寸对316LN奥氏体不锈钢耐晶间腐蚀的影响。研究结果表明：
（1）316LN不锈钢的晶间腐蚀敏感性随着晶粒尺寸的增大而减小。当平均晶粒尺寸为96和193μm时，再活化率Rt分别为1.14%和0.07%，晶界干净，无晶间腐蚀；当平均晶粒尺寸为22μm时，再活化率Rt达到了42.22%，晶界明显粗化，还出现了腐蚀沟并连成网状，晶粒内部也出现了明显的腐蚀坑，表现出了明显的晶间腐蚀。
（2）316LN不锈钢的表面相对电子功函数（EWF）分布较为均匀，平均晶粒尺寸为22μm试样的EWF值为（-285+/-20)meV，而平均晶粒尺寸为96μm试样的EWF值为（-205+/-20)meV，后者要略高于前者。说明晶粒尺寸越大，表面电子结构分布越稳定，越不易失去电子。
（3）增加晶粒尺寸能有效地提高316LN不锈钢的抗晶间腐蚀性能。因此，核电主管道的锻造过程中，需严格控制不锈钢的晶粒尺寸，使其既能获得良好的抗晶间腐蚀性能又能保持较好的强度。（余冶）