Page 85 - 理化检验-物理分册2022年第四期

舒 茗, 等: 稳压器电加热元件包壳管变色原因

件是否失效。

1 理化检验

1.1 化学成分分析
从变色的 30 根电加热元件中抽取 3 根( 编号分
别为 1 , 2 , 3 ) 进行 EDS 成分分析、 金相检验和
#
#
#
扫描电镜分析。 3 根电加热元件包壳管的化学成分
如表 1 所示, 结果符合标准 RCC-M 《 压水堆核岛机

械设备设计和建造规则》。对包壳管进行严格的放
图 1 M310 机组稳压器电加热元件结构示意 射性去污后, 从每根电加热元件的冷段、 过渡段和热
氧化膜的微观形 貌, 采 用 能 谱 分 析 法 ( EDS ) 得 到 段上分别制取试样, 具体取样位置及编号如图 2 所
氧化膜的化学成分, 使 用 电 子 万 能 力 学 试 验 机 对 示。试样为管状, 长度为 10mm , 直径为 22mm , 对

变色管段进 行 拉 伸 试 验 , 来 验 证 变 色 的 电 加 热 元 金相检验试样进行研磨和抛光。
表 1 3 根稳压器电加热元件包壳管的化学成分 %
质量分数
项目
C Si Mn P S Cr Ni Mo Cu B Co Fe

1 实测值 0.023 0.420 1.67 0.025 0.0077 16.39 10.94 2.14 0.193 0.0006 0.040 余量
#

2 实测值 0.023 0.416 1.63 0.025 0.0072 16.36 10.88 2.15 0.192 0.0005 0.040 余量
#

3 实测值 0.025 0.423 1.66 0.026 0.0075 16.41 11.00 2.15 0.194 0.0006 0.041 余量
#
标准值 ≤0.035 ≤0.75 ≤2.00 ≤0.035 ≤0.020 16~19 10~14 2~2.5 ≤1.00 ≤0.0018 ≤0.10 余量

在高温水中发生均匀腐蚀, 表面生成具有一定保护
性的氧化膜。氧化膜主要呈颗粒状: 主要为排列紧

密的小颗粒氧化物, 尺寸约为 0.1 μ m~0.5 μ m , 与
金属基体紧密结合; 其次为大颗粒结晶状氧化物颗
粒, 尺寸约为 0.5 μ m~2 μ m , 这些氧化物有的嵌入

小颗粒氧化层内, 有的则比较松散; 还有一类数量较
少的呈疏松毛状的沉积物, 分散覆盖在小颗粒氧化
图 2 电加热元件取样位置及编号示意
层上, 该类沉积物在冷段分布很少, 在加热段和加热
1.2 扫描电镜及能谱分析 段相对分布较多。
利用扫描电子显微镜和能谱仪进行分析, 观察 为了进一步分析氧化膜成分, 对 2 试样各种形
#
外包壳管表面氧化膜的微观形貌, 并对比不同位置 态的氧化物进行了能谱分析, 分析位置如图 4~6 所
的化学成分。按照 GB / T6394 — 2017 《 金属平均晶 示, 分析结果如表 2~4 所示。构成氧化膜的小颗粒

粒度测定方法》、 GB / T13305 — 2008 《 不锈钢中 α- 位置为图 4 中的位置 5 和位置 6 , 图 5 中的位置 3

相面积含量金相测定法》 和 GB / T10561 — 2005 《 钢 和位置 4 , 以及图 6 中的位置 4 和位置 5 , 其主要是
中非金属夹杂物含量的测定———标准评级图显微检 不锈钢的正常氧化物, 其组成元素为铁、 铬、 镍、 钼和
验法》 的要求, 在高倍下观察外包壳管的微观形貌, 氧元素, 氧化物金属元素的比例与合金元素比例基
检测晶粒度、 非金属夹杂物、 α- 铁素体含量等。使用 本相当, 说明氧化膜较薄, 部分能谱的元素信号可能
EDS测量氧化膜的化学成分, 比较不同部位氧化膜 来自于基体金属。大颗粒氧化物分析位置为图 4 中
成分的变化, 分析变色包壳管微观形貌的变化情况。 的位置 3 和位置 4 , 其组成主要是铁氧化物, 铬、 镍
变色电加热元件包壳管的冷段、 热段及过渡段 等合金元素含量较少。疏松沉积物分析位置为图 4
表面氧化膜的微观形貌如图 3 所示, 由图 3 可知, 所 中的位置 1 和位置 2 , 图 5 中的位置 1 , 2 , 5 以及图 6
有试样表面均覆盖一层均匀致密的氧化膜, 未见裸 中的位置 2 , 其主要成分为镁、 氧元素以及微量的钙
露的金属及裂纹、 蚀坑等缺陷, 说明不锈钢外包壳管 元素。这些镁钙氧化物可能是冷却剂的水垢。
6 9