Page 79 - 电力与能源2022年第六期

李冠军: 某核电设备用原材料入厂复验不合格原因分析 5 1
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广泛接受的机理为“ 贫铬理论”。铬镍奥氏体不锈 量存在不一致, 这就会造成材料晶间腐蚀试验不
钢在使用前或出厂交货状态多为固溶处理态。即 合格隐患的存在。对于碳含量比较高, 坯料中自
将不锈钢加热到 1000~1150 ℃ , 保温一定时间 带有铌、 钛元素或者取样部位热处理得当, M 23C 6
( 依据工件尺寸不同而定) 后快速冷却( 一般为水 碳化物析出少的材料, 晶间腐蚀试验可能就会通
冷)。高温时可溶解 0.1% ( 质量分数, 下同) 的碳 过, 但综合评估, 这些碳含量高的原材料都会有晶
原子, 随着温度的降低, 碳在奥氏体相中的溶解度 间腐蚀隐患存在。

急剧减小, 在室温的极限溶碳量为 0.03% 左右。 在对事件的调查过程中, 设备厂人员在同 3
当材料在加热或冷却过程中缓慢经过 450~850 家材料厂技术人员进行讨论时了解到, 3 家材料
℃ 的温度区间时, 过饱和的碳原子会迅速地向晶 厂对于设计选定的材料( 304 不锈钢) 都有一致的
界扩散, 并与晶界附近的铬( Cr ) 形成 Cr 23C 6 碳化 质疑“ 碳含量过高, 却还要敏化处理后进行晶间腐
物, 在晶界处沉淀析出。由于铬原子的扩散速度 蚀试验, ASTM A262 对于这种高碳含量的不锈
太慢而得不到及时的补充, 结果在晶界周围形成 钢, 是不用敏化的”。但是投产前材料厂都没有向
明显的贫铬区。当铬碳化物沿晶界沉淀析出呈网 设备厂采购方提出澄清, 从而导致这些材料的生
状时, 贫铬区亦呈网状。不锈钢耐腐蚀是因为在 产制造本身就有不可控的质量风险、 成品合格率
介质作用下, 钢中含有足以使钢在此介质中钝化 低等问题。如管材厂 C 在材料制造过程中第一
的铬含量( ≥13% )。而贫铬区铬含量不足, 使其 次检测是合格的, 但再次取样检测晶间腐蚀试验
钝化能力降低, 甚至消失, 而奥氏体晶粒本身仍具 就不合格了; 管材厂 A 对材料的原厂检测是合格
有足够钝化的能力, 因此, 在腐蚀介质作用下, 晶 的, 但设备厂入厂复验时却发现试样侧面有晶间
界附近连成网状的贫铬区便优先溶解而产生晶间 腐蚀裂纹, 此后管材厂 A 再次取样、 改变打磨方
腐蚀 [ 1-2 ] 。 法后也出现了晶间腐蚀的现象。这都说明这些材
碳含量是影响不锈钢晶间腐蚀性能最主要的 料的性能是不稳定的, 试验 / 检验的合格重复性较
因素。不锈钢抗晶间腐蚀的能力, 随着碳含量的 难保证。
降低而提高。不锈钢中碳含量小于 0.03% 时, 晶 1.2 原材料制造质量管控
界中能够析出的碳较少, 在晶界形成 Cr 23C 6 碳化 此次事件涉及的 3 家原材料厂家均为国家核
物的机会就会随之减少, 进而不易在晶界处形成 安全局认证的持证单位。事件发生后, 设备厂对
贫铬区, 材料的晶间腐蚀敏感性显著降低。同理, 3 家原材料厂分别开展了专项监查, 基本排除了
如在不锈钢中加入钛、 铌等与碳结合能力比铬更 材料制造弄虚作假的可能, 但也发现 3 家公司在
强的稳定化元素, 使其与碳优先结合生成稳定的 分供方管理、 人员资格管理、 文件控制、 采购控制、
碳化物, 也有助于避免在奥氏体不锈钢组织中形 工艺过程控制、 质量记录管理、 不符合项管理、 纠
成贫铬区。钛是强碳化物形成元素, 可形成稳定 正措施等方面存在执行不到位、 偏离质保要求的
的 TiC , 从而可降低基体的碳含量, 稳定铬含量, 问题。如材料厂 B 供货的不合格材料所用钢锭
还可 以 细 化 晶 粒, 从 而 提 高 组 织 的 抗 晶 间 腐 蚀 均采购自遵义某公司 D , 检查发现, 这家分供方存
性能 [ 2 ] 。 在超资质范围供货的问题, 并且材料厂 B 也未对
因此, 对于不锈钢材料的晶间腐蚀试验, 相关 其进行分供方动态管理、 未进行年度质保检查、 未
行业试验标准 GB / T4334 、 ASTM A262 以及 对产生的问题制定纠正措施等现象, 说明材料厂
[ 3 ]
[ 4 ]
[ 5 ] 中均有类似的说明, 即晶间腐蚀试样的
RCC-M B 在质量管理体系执行方面存在漏洞。管材厂 A
敏化处理仅对于超低碳( 碳含量不大于 0.03% ) 由于恰逢与另一家公司合并的事宜, 组织机构进
或者含有稳定化元素( 含铌、 钛) 的钢种执行。 行了调整, 但其相应的核质保大纲和配套程序尚
此次事件中涉及的 304 不锈钢原材料基本都 未建立齐全, 存在一定的质量管控风险和隐患, 如
只规定碳含量 ≤0.065% ( 个别为 ≤0.08% ), 且对 管材热处理前内壁去油脱脂不充分导致的渗碳问
于 Nb和 Ti稳定化合金元素含量不作要求, 原材 题。管材厂 C 在内部体系审核策划时, 缺少核电
料制造厂为了提高材料的力学性能, 会从提高碳 行业等上游依据或监管文件, 存在内部检查缺项
含量入手, 再加上原材料的偏析, 各个部位成分含 漏项的风险, 此外还存在管材制造过程中轧制芯