压力容器腐蚀的原理研究

　　核电站反应堆压力容器（RPV）是核电站反应堆冷却剂压力边界屏障中的一个重要设备。它主要用来装载反应堆堆芯，密封高温、高压的冷却剂，属安全设备，要求在各种运行工况和试验条件下均能保持结构完整，不会发生放射性物质的泄漏。
　　2密封结构设计因换料需要，反应堆压力容器结构上有一个全直径的大开口密封（RPV内径为3374 mm） ，为了满足要求，按照美国ASME锅炉和压力容器规范第Ⅲ卷第NB分册关于核设备的要求和参考世界各国的经验，采用了如下的密封结构设计：容器法兰和顶盖采用48根主螺栓，并籍两道同心配置在顶盖密封槽中的Inconel―718合金的自紧式镀银O形环来连接和紧固密封。
　　3腐蚀情况秦山核电站反应堆压力容器是在1990年10月底扣盖，并利用螺栓拉伸机作了密封紧固，于11月初冷态水压试验一次成功。随后进行了各种项目的一回路冷态和热态试验，1991年4月开盖检查，发现上封头密封槽中密封面和筒体法兰密封面上的点状腐蚀。腐蚀点的位置，纵向剖面方向见图1，上封头法兰密封面，筒体法兰密封面。
　　在开盖检查和现场补焊修复中，共记录了上封头密封槽中密封面上腐蚀点27处（含可疑点及划伤） ，深处为0125 mm；筒体法兰密封面上腐蚀点共14处，深处也是0125 mm.
　　4腐蚀原因分析腐蚀原因从设计、制造、试验及使用等各个环节去查找、分析。
　　411设计方面为减少腐蚀产物和保持介质的洁净，容器内壁和与介质接触的表面均堆焊了一层6 mm厚的超低碳不锈钢。焊后经热处理，再机加工到表面光洁度8（折合成当时的中国国标），并对铁素体含量也予以限制，具有良好的抗晶间腐蚀和抗其它各种类型腐蚀的能力，因而设计是安全可靠的。
　　412制造及安装制造是按严格的程序进行生产和检验的。不锈钢堆焊层各项指标均符合技术条件的要求，产品出厂前内表面经过严格的清洁处理，然后加干燥剂密封充氮包装后运至现场。
　　设备在安装后投用前，经过严格的回路冲洗和擦洗，扣盖前对上封头内表面仔细清洁处理，O形环的安装更是在有关专家的指导下严格遵守程序进行，清洁度有可靠的保证。
　　413水压试验可能引起表面腐蚀的环节，即初装水和补充水的水质。据查，有两点与技术要求不符：（1）在CHT（冷态水压试验）和HFT（热态试验）之间没有按规定加入联胺（N 2 H 4）。
　　（2）初装水水质指标与有关标准不完全一致，其中电导率偏高，氯离子含量也偏高，经研究认为这是产生腐蚀的主要原因。对于（1） ，按美国和法国标准规定，只有当水温超过65℃时才有必要加入联胺，秦山正是这样做的，因此在CHT和HFT之间未加入联胺可能不是主要原因。对于（2） ，初装水水质比有关要求差一些，但基本上符合美国西屋公司的标准。
　　的问题可能是出在：冷、热态试验过程中发生的操作失误，使水质在短时内严重超标，虽然很快处理好了，但进入O形环与密封面之间缝隙死角区的超标杂质却很难再被置换出来，这才是产生腐蚀的原因。
　　5腐蚀机理分析根据核电站RPV法兰密封面上所发生的腐蚀点的形态和特征，显然它不属于化学腐蚀，而是在导电的液态介质中由于电化学作用而导致的腐蚀，即电化学腐蚀。不是均匀腐蚀，而是属于典型的局部腐蚀。核电站RPV法兰密封面上发现的点状腐蚀几乎都处于与一回路水直接接触的内侧O形环与密封面接触的密封线里侧的局部区域。根据试验的过程，分析其腐蚀的原因。
　　（1）初装水所含微量气体氧，加上热态试验前主泵点动赶气过程中部分含氧气体可能进入这个缝隙死区，使这个局部小空间内的气体中含氧浓度。
　　（2）尽管一回路水质要求，但由于操作失误，使水质在短时间内严重超标（至少出现过两次失误） ，后来采取措施，使水质很快恢复正常。但在发生腐蚀的部位，由于处于死角区，超标的水难以被置换出来，有可能在一回路水的循环过程中逐步积聚杂质（即杂质进入缝隙区比离开缝隙区要容易些） ，使得这个局部区域的杂质（可能包括有害的氯离子等）有可能达到相当于电解质或腐蚀介质的水平，从而导致了电化学腐蚀的发生。
　　（3）虽然法兰密封面是由含碳量≤0104 %的不锈钢经堆焊后再加工出来的，具有良好的抗腐蚀能力。但由于金属和合金固有的表面宏观和微观的不均匀性（合金成份的偏析，微量非金属杂质的存在，表面冷加工的不均匀性所造成的各部位内应力不均匀等），以致在金属表面各宏观部位或各微小区域之间存在电电位差。
　　（4）根据电化学腐蚀原理，在缝隙中只要有腐蚀介质，就可能发生氧化还原反应。
　　由于在缝隙的里侧氧的供应不足，所以在A部位的氧很快被耗尽，于是还原反应是在氧气比较充足的缝隙外侧进行，而在A部位只进行氧化反应。按电化学腐蚀的原理，氧化反应区即阳反应区，也就是金属被腐蚀区。
　　（5）随着A部位阳反应的进行， A部位金属离子数增多，为了保持溶液的中性， B部位的电解质负离子将很快迁移进来，在A部位形成高浓度腐蚀介质（例如Cl -）的盐类，它们再水解（例如FeCl 2 + 2H 2 O→FeOH 2 + 2H + + 2Cl -），使A部位酸性增高，从而加速了A部位的腐蚀，而流向B部位的电流，又使B部位受到了阴保护，这就是腐蚀均发生在A部位的机理。
　　（6）并不是在所有的A部位都发生了氧化反应。由于在金属表面的宏观和微观不均匀性和表面钝化膜的不均匀性，使某些薄弱点首先被突破，于是该点的钝化膜被损坏，该点的局部金属成为阳被溶解，开始形成蚀孔，而未遭破坏的地方仍保持钝态，成为阴，组成了钝化―活化电池。由于开始时腐蚀点很小，从而造成大阴、小阳的不利局面，阳电流很大，腐蚀很快，而流向蚀孔周围的电流，又使蚀孔周围受到阴保护。在腐蚀孔内，随着阳反应的进行，按上述（5）的同样道理，将出现酸性增高，从而加速腐蚀，这就是在A部位也只有少数点发生腐蚀的机理。
　　通过对腐蚀点的测量和腐蚀机理分析，并及时处理和修补了腐蚀点，使密封面恢复到完好状态，核电站的安装调试工作得以顺利进行。通过这次事件，取得了第一手工艺资料，储备了一种应急的技术处理手段。