DDA与核电站凝结水精处理树脂的相容性试验研究

压水堆核电站二回路乙醇胺（ETA）工况下加入十二胺（DDA）的复合加胺工况,可大幅减少蒸汽发生器（SG）中的淤渣沉积量,是一种前景广阔的二回路水质调节方式。但DDA可能会污染凝结水精处理树脂。为此,本文选用3种树脂,在25、40、55 ℃下进行DDA和ETA+DDA的系列污染试验,并在25 ℃下进行ETA+DDA的循环污染试验。结果表明：阳离子交换树脂更容易受到DDA污染,随着DDA浓度的增加,树脂污染加重,工作交换容量下降。ETA的加入会加重树脂污染,ETA+DDA对树脂的污染具有协同效应。DDA对树脂的污染主要表现为树脂孔隙堵塞及范德华力吸附共同作用的结果。被DDA污染的树脂再生困难,需要探讨新型复苏工艺。从树脂耐污染浓度与耐污染次数来看,DOWEX MONOSPHERE 650C (H)/MONOSPHERE 550A（OH）树脂与DDA之间的相容性更好,在ETA+DDA工况下可作为电厂凝结水精处理树脂选型的参考。     

压水堆二回路工况下碱化剂对结构材料腐蚀的影响

利用长期浸泡的方法分析研究了压水堆二回路工况下A508Ⅲ和A106Gr.B低合金钢在乙醇胺（ETA）+二甲胺（DMA）、ETA、氨（NH₃·H₂O） 3种碱化剂中的均匀腐蚀行为,并利用扫描电镜、X射线光电子能谱和AES等技术分析了氧化膜的结构和组分。结果表明,在2 000 h试验后,A508Ⅲ试样在NH₃·H₂O中的腐蚀速率为0.15 mg/(dm²·h),而在ETA+DMA条件下的腐蚀速率为0.087 mg/(dm²·h),较在NH₃·H₂O中降低约42%。对于A106Gr.B材料,ETA+DMA环境的腐蚀速率相对于NH₃·H₂O环境下降约29.01%,说明复合碱化剂条件下,试样更耐蚀。氧化膜结构分析表明,氧化膜主要以Fe和O为主,ETA+DMA环境下的氧化膜厚度较薄,结构更加致密,氧化膜内含有N元素,说明胺分子参与了氧化膜的生成。复合碱化剂下材料耐蚀性提高的主要原因是由于复合碱化剂中的胺挥发性小于NH₃·H₂O,液相冷却剂pH值升高,减缓了Fe的氧化反应,另外胺分子易通过吸附作用吸附于氧化膜表面,降低了金属氧化反应的活化能,提高了材料的耐蚀性能。复合碱化剂与二回路设备材料具有较好的相容性,能有效降低设备材料的腐蚀速率,对于二回路水化学处理方法的改进有积极意义。     

Ce(Ⅳ)/HNO3去污技术工程应用安全性的初步研究

本文介绍了用于核设施退役去污的Ce（Ⅳ）／HNO3去污技术工程应用中安全性的初步研究成果。结果表明：对于三种常用不锈钢1Cr18NigTi,304和316L,不同浓度的Ce（Ⅳ）／HNO3去污剂,对1Cr18NigTi的腐蚀性均略大于对304和316L不锈钢;该去污剂对于系统配件材料如PVC、聚乙烯的腐蚀性很低,对橡胶有一定的腐蚀性;对于焊材（A102）以及受过热应力的304不锈钢,当Ce（Ⅳ）浓度超过0．1mol／L时,其腐蚀速率均明显大于未受过热应力的304不锈钢。因此,在实际的工程应用中宜采用较低Ce（Ⅳ）浓度的去污剂,并注意焊接部位的泄漏危险。     

氯和氧对304N在高温水中应力腐蚀开裂的影响

采用慢应变速率拉伸试验（SSRT）与断口形貌分析技术研究304N不锈钢（固溶退火态）在300 ℃高温水中的应力腐蚀行为与机理。结果表明：304N在300 ℃高温水中的最大抗拉强度、延伸率以及断裂吸收能随Cl^-浓度的增大显著降低;随氧浓度的急剧降低而显著增大;304N在高温水中发生应力腐蚀开裂（SCC）主要为穿晶型;随Cl^-浓度增加,304N的应力腐蚀敏感性也迅速增加,在含50 mg/L Cl^-的空气饱和高温水环境中,试样断口形貌表现为完全脆断;在溶解氧浓度急剧降低时,氯致应力腐蚀开裂的敏感性大幅降低,表明溶解氧对304N在高温水中的氯致应力腐蚀开裂具有明显的促进作用。     

十八胺在碳钢表面吸附和成膜的分子动力学研究

华龙一号机组主给水系统大量使用P280GH碳钢管道,并应用十八胺（ODA）在管道内壁吸附形成缓蚀膜,ODA可高效抑制腐蚀,避免管道失效和蒸汽发生器（SG）严重结垢。但ODA在碳钢表面的吸附和成膜机理目前仍不明确,严重制约了ODA的性能优化和推广应用,针对该问题,采用分子动力学（MD）模拟开展研究。结果表明,ODA分子头部的氮原子与碳钢表面铁原子形成配位键,促使ODA分子吸附“锚定”。所形成缓蚀膜的微观构型与ODA浓度相关。浓度较低时,缓蚀膜呈ODA分子尾链间交织较差的单层构型,随着浓度增加,缓蚀膜逐渐演变为ODA分子尾链间紧密交织的复杂双层构型。在ODA浓度超过一定阈值后,缓蚀膜的构型不再显著变化,未吸附成膜的ODA分子最终积聚形成胶体微团。     

固溶态控氮不锈钢在高温水中的应力腐蚀破裂

采用高温电化学测控和慢应变拉伸实验方法,研究了304NG超低碳控氮不锈钢（固溶态）在250℃高温水中的应力腐蚀破裂（SCC）与电极电位和水中Cl^-浓度的关系,并与316LN控氮不锈钢对比：结果表明,在不同环境下两种不锈钢的SCC敏感性随电极电位的升高而升高,并且存在一个临界电位Ec,当电位高于该Ec时,才发生SCC。该临界电位Ec随水中Cl^-浓度升高而下降,即发生SCC的环境范围扩大。304NG钢在含5mg／L Cl^-的250℃高温水中的Ec处于0～＋200mV标准氢电极（SHE）之间,更高时发生穿晶型SCC,表明该Cl^-浓度下只有在高氧（高电位）环境中才能发生SCC。当Cl^-浓度升高到50mg／L时,Ec降到-700mV（SHE）以下,表明该浓度下即使完好除氧（低电位）也可能发生SCC。316LN的SCC抗力高于304NG,其在含5mg／L Cl^-的高温水中的Ec位于＋300～＋400mV（SHE）之间,主要是穿晶型SCC。     

超临界二氧化碳环境中600合金和304不锈钢的均匀腐蚀行为研究

为遴选可用于超临界二氧化碳核反应堆的结构材料,通过实验研究了应用于传统核反应堆中的两种合金（600合金和304不锈钢）在650℃、20 MPa的超临界二氧化碳环境中的均匀腐蚀行为,运用增重法评价了材料的腐蚀动力学规律,采用扫描电镜、能谱仪和Ｘ射线衍射仪分析了氧化膜形貌、结构和化学成分。结果表明,两种材料的腐蚀增重均服从抛物线生长规律,其中600合金的耐腐蚀性能优于304不锈钢;腐蚀500 h后,600合金表面氧化物厚度约为5 μm,主要成分为NiCr₂O₄,结构致密,具有保护性,其氧化膜及基体中均未发现明显渗碳行为;腐蚀500 h后,304不锈钢表面氧化膜可达约45 μm,为双层结构,外层为Fe₃O₄,内层为NiFeCrO₄,结构疏松,发生显著渗碳现象。本研究揭示了上述材料在超临界二氧化碳中的腐蚀机理,为超临界二氧化碳核反应堆结构材料的选择提供了数据支持。      

偕胺肟基团功能化共轭介孔聚合物用于可监控快速海水提铀

海水提铀是核能可持续发展的重要保障之一。快速提铀材料凭借短吸附周期可减少生物污损、老化而延长使用寿命,因此优化吸附周期可获得更高的提铀效率和经济效益。为此,本研究设计了一种偕胺肟修饰的共轭介孔聚合物（CMPAO）用于可监控的快速海水提铀。以具有优良聚集诱导发光性质的三苯胺和修饰有偕胺肟的芴衍生物为构建单元合成吸附材料,UO2+2被偕胺肟基团捕捉后,经共振能量转移增强CMPAO的电化学发光（ECL）信号,从而实现吸附过程的监测,以确定最优的吸附周期。结果表明：CMPAO在铀酰溶液（5×10-5 mol/L）中可在20 min内达到吸附平衡,对U的吸附容量为1825 mg/g;在真实海水中,3 d即可基本完成吸附过程,CMPAO对U的吸附容量达到16 mg/g,同时CMPAO在海水中可实现铀吸附量与ECL强度的正相关,能够实时监测吸附过程,指示吸附量的变化,以确定最优吸附周期。     

Pu在铁及铁氧化物上的吸附行为研究

为了解放射性核素在可能作为高放废物固化体包装容器材料及其腐蚀产物上的吸附行为,研究了包装容器材料的主要组分铁及铁的腐蚀产物FeO,Fe2O3,Fe3O4对Pu的吸附行为,探讨了水相pH值（1．0～10．0）,CO3^2-离子浓度（4．0 mmol/L～0．1mol/L）等因素对吸附的影响。实验结果表明,Pu在铁及其氧化物上的吸附能力随水相pH值增大而增大;实验环境中氧浓度变化对Pu在铁及其氧化物上的吸附影响较小;CO3^2-浓度增大不利于Pu的吸附。     

核级304L不锈钢钎焊接头组织及耐腐蚀性能研究

核级304L不锈钢与BNi 7钎料真空钎焊接头存在晶间腐蚀行为,但工艺与钎缝耐腐蚀性能的关系尚未得到充分研究。为充分评估压水堆燃料组件结构件中不锈钢真空钎焊接头的晶间腐蚀和应力腐蚀敏感性,降低腐蚀失效风险,采用定量金相方法分析了钎缝中的化合物相含量,采用硫酸 硫酸铁法和双环动电位再活化（DL EPR）法评价了钎缝耐晶间腐蚀性能,并采用高温高压水应力腐蚀裂纹扩展试验评价了钎缝的耐应力腐蚀性能。结果表明,钎缝中化合物相含量越高,耐晶间腐蚀性能越好。且钎缝在高温高压水中存在明显的应力腐蚀开裂行为,但其与钎焊工艺的关系尚需进一步试验研究。     

304奥氏体不锈钢在不同浓度硝酸中的电化学行为

采用动电位极化曲线测量、开路电位测量等技术,研究了304奥氏体不锈钢在不同浓度硝酸溶液中的电化学腐蚀行为,并对304奥氏体不锈钢在硝酸溶液中的电化学反应历程进行了探讨。结果表明：304奥氏体不锈钢在硝酸溶液中具备不锈钢典型的极化曲线特征,有多个钝化区和过钝化区;硝酸浓度升高促进不锈钢表面钝化膜的生成,使开路电位向正电位方向移动,降低了硝酸溶液对不锈钢的腐蚀倾向,同时,随着硝酸浓度的升高,不锈钢的点蚀电位升高,提高了不锈钢耐点蚀能力;在硝酸溶液中,不锈钢的腐蚀速率同时受到酸度和硝酸根浓度的影响,二者相互矛盾,导致硝酸浓度对腐蚀速率的影响呈不规律性。结果表明,在0.5 mol/L硝酸中,不锈钢的腐蚀速率最高。     

Correlation between composition of passive layer and corrosion behavior of high Si-containing austenitic stainless steels in nitric acid

Austenitic stainless steels with 18% Cr have a good corrosion behavior in pure nitric acid. However, when oxidizing power of the solution increases, this kind of stainless steels faces a severe intergranular corrosion. Adding a sufficiently high concentration of silicon to the steel avoids this type of corrosion: in oxidizing solutions, those stainless steels exhibit generalized corrosion but their dissolution rate is higher than the one of stainless steels without silicon. To find out the role of silicon on such effects, the corrosion behavior of two different stainless steels with equivalent chromium content but with different silicon content (304L steel and Uranus S1N) has been studied in concentrated nitric acid solutions. Correlations have been evidenced between the passive layer composition investigated by XPS analysis and the corrosion behavior characterized by electrochemical techniques. The presence of silicon in the steel changes neither the oxidation state of chromium or iron, nor the ratio between iron and chromium in the passive layer. Silicon is present in the passive layer in an important content (35 at.%) and thus decreases the chromium content of the passive layer (80 and 50 at.% respectively for 304L steel and Uranus S1N after nitric passivation). Uranus S1N exhibits a less protective passive layer and so its generalized corrosion rate is higher than the one of 304L steel. A selective deposition of platinoïds highlights differences of polarization distribution on the surface between the grain boundaries and grain faces for theses steels. For Uranus S1N, the similar electrochemical behavior of grain boundaries and faces might be connected with the homogeneous silicon distribution.     

Surface modification of SUS304 stainless steel by atmospheric pressure Ar/N2/O2 plasma

The surface characteristics of SUS304 stainless steel are investigated before and after surface modification by Ar/N₂/O₂ plasma under atmospheric pressure conditions. It was found that plasma treatment of a stainless steel plate has a significant effect on the wettability, contact angle, and free energy of the SUS304 surface. The contact angle and surface free energy were analyzed. The optimal surface modification parameters are a power of 1000 W, a torch-to-sample distance of 80 mm, a treatment time of 300 s, and an oxygen content of 1.5 wt%. Under these processing conditions, a contact angle of just 1.60° was obtained. The surface morphology, surface element composition, and surface roughness of the treated SUS304 specimens were examined using scanning electron microscopy (SEM), and atomic force microscopy (AFM), respectively. The results show that the optimal surface modification conditions lead to the formation of fine, uniformly distributed crystallites in the SUS304 microstructure. Moreover, compared to the untreated surface, the treated surface had a significantly lower carbon content and a more uniform distribution of surface peaks.     

304奥氏体不锈钢在硝酸溶液体系中的电化学腐蚀行为

采用极化曲线测量法对304不锈钢在硝酸溶液体系中的电化学耐蚀性能进行了测试,分别研究了在硝酸溶液中添加硝酸盐、草酸、乙酸、柠檬酸等成分对304不锈钢电化学腐蚀行为的影响。结果表明,在硝酸溶液中,硝酸盐的加入能够抑制不锈钢的电化学腐蚀,而草酸能够显著增强溶液对不锈钢的电化学腐蚀能力,在硝酸和草酸溶液体系中加入1g/L柠檬酸后,自腐蚀电流由6.02μA/cm~2上升到22.8μA/cm~2,对电流腐蚀有较明显的促进作用。     

压水堆条件下锌对奥氏体不锈钢腐蚀性能的影响

模拟压水堆一回路冷却剂环境,对316和304奥氏体不锈钢在不加锌和加锌浓度为50ppb的315℃溶液中进行了两组500h腐蚀实验。结果表明,锌能有效地降低两种材料的均匀腐蚀速率,加锌后表面氧化膜厚度变薄,氧化膜形貌和成分也有明显改变,304不锈钢表面有大量针状腐蚀产物出现。     

中国实验快堆奥氏体不锈钢焊接件与钠蒸气的相容性

在400℃高温钠蒸气介质中,对俄罗斯进口的08X16H11M3奥氏体不锈钢中间热交换器与国产304奥氏体不锈钢支撑的焊接件进行了3000h的相容性模拟试验研究。结果表明：在本试验条件下,焊接试样的腐蚀速率很低,其等级为完全耐蚀;与钠蒸气接触的试样焊接区及热影响区表面均未观察到晶间腐蚀;在试验后试样的焊接区和热影响区表面,所有试样均未观察到Na的渗入;在国产304不锈钢热影响区的个别表面位置虽有1～2μm深的晶界小喇叭口出现,但其成分未出现异常;在试验过程中,国产304不锈钢表面出现明显的组分元素溶解扩散,但对材料基体的组织及力学性能未产生明显影响,试验后试样的抗拉强度、屈服强度和延伸率与试验前相比无明显差别,断口形貌与试验前一样仍呈韧性断裂特征。     

含草酸的硝酸溶液对316L不锈钢的腐蚀行为

模拟金属材料在草酸钚沉淀母液蒸发浓缩工艺的服役条件,按GB/T 4334.3-2000要求,开展了含草酸的硝酸溶液对316L不锈钢板材和焊件的腐蚀行为研究。实验采用称重法获得了腐蚀速率数据,采用扫描电镜观察金属表面的腐蚀形貌,通过能谱分析腐蚀前后样品的表面元素分布,并测定了腐蚀溶液中金属离子的浓度。结果表明：模拟实验条件下316L不锈钢各腐蚀样品腐蚀速率较低,为均匀腐蚀。在103 ℃、8.0 mol/L硝酸条件下,316L不锈钢板材和焊缝的平均腐蚀速率分别为0.049 6 g/(m²·h)和0.068 6 g/(m²·h)。研究结果为草酸钚沉淀母液蒸发浓缩设备的材料选择提供了数据参考,优化焊缝工艺是316L不锈钢作为草酸母液蒸发浓缩设备材料使用重要的改进方向。     

国产A508-3钢在模拟AP1000一回路水环境下的疲劳性能研究

反应堆压力容器（RPV）钢在一回路水环境下的疲劳性能是评价其设计寿命的重要参数。本文针对国产A508-3钢开展了模拟AP1000一回路水环境的低周疲劳性能试验研究，获得了321 ℃、155 MPa及01 ppm溶解氧水环境下的疲劳行为数据和断裂机理。研究结果表明，国产A508 3钢峰值应力随应变幅的增大而逐渐增大，疲劳试验过程中试样表现出循环硬化、循环软化和饱和3个阶段；在应变幅由02%逐渐增加至06%的过程中，疲劳周次从105逐渐降低至102；疲劳断口具有疲劳和腐蚀特征，属于典型的腐蚀疲劳断裂。     

Determining factors for anodic polarization curves of typical structural materials of boiling water reactors in high temperature – high purity water

In order to examine the anodic polarization characteristics of typical structural materials of boiling water reactors (BWRs), the anodic polarization curves of type 316L stainless steel (316L SS) and Alloy 182 were measured in deaerated high purity water at 553 K using the previously reported measurement method which was confirmed suitable for high temperature – high purity water. In order to specify which constituent element determines the dissolution characteristics of these materials, the anodic polarization curves of pure iron, pure nickel, and pure chromium were also surveyed. The anodic polarization curve of 316L SS was determined to have active, passive, and transpassive states which were the same as type 304 SS (304 SS) showed. But, Alloy 182 had different polarization characteristics especially near the corrosion potential as it had no active state. From comparison results of the polarization characteristics of these materials and their constituent elements, the corrosion characteristics of these materials were concluded to be mainly determined by the corrosion characteristics of chromium.