鄭倩倩

摘要：針對某核電站海水管路系統(tǒng)調(diào)試期間出現(xiàn)泄漏的問題，從施工到調(diào)試過程，采用了多要素的排除法對腐蝕問題進行了分析。通過對材料材質(zhì)性能、應力分布、材料所處介質(zhì)環(huán)境等方面進行分析，得出裂紋和腐蝕為應力腐蝕，滿足應力腐蝕三要素：①對材料為敏感材質(zhì);②系統(tǒng)某些區(qū)域采用的材料和結(jié)構(gòu)不同，導致結(jié)構(gòu)應力及載荷應力作用;③在腐蝕介質(zhì)——海水中運行。從而達到應力腐蝕開裂條件，出現(xiàn)貫穿性裂紋而使介質(zhì)泄漏。由于結(jié)構(gòu)和所在介質(zhì)環(huán)境固定，可通過更換質(zhì)量符合標準要求的非敏感雙相不銹鋼材質(zhì)的法蘭解決該問題，該裂紋和腐蝕問題的分析方法可供同行借鑒。

關(guān)鍵詞：不銹鋼;結(jié)構(gòu)應力;腐蝕介質(zhì);應力腐蝕

中圖分類號：TG441.7文獻標志碼：A文章編號：1001-2303（2020）11-0079-04

DOI：10.7512/j.issn.1001-2303.2020.11.14

0 前言

某核電廠海水廠房4個通道泵出口反法蘭側(cè)（鍛件法蘭，材質(zhì)S32750）與管道（材質(zhì)S32750，質(zhì)保QA2級）的焊縫，質(zhì)量等級屬于俄羅斯標準核Ⅲc級，規(guī)格為φ508×5.54 mm對接接頭，采用φ1.6 mm、牌號為ER2594不銹鋼焊絲，TIG工藝焊接，無損檢驗合格。承包商在完成泵單體調(diào)試（海水注入管道內(nèi)部）后移交業(yè)主，業(yè)主調(diào)試部門在進行起泵試驗時發(fā)現(xiàn)4個通道泵出口反法蘭側(cè)焊縫邊緣母材均有不同程度的開裂問題，隨即開啟了調(diào)試不符合項報告?，F(xiàn)場拆除泵與法蘭連接短管后，發(fā)現(xiàn)法蘭側(cè)不但存在母材裂紋而且存在局部點腐蝕及穿孔現(xiàn)象，4個通道4個焊縫的缺陷問題都很嚴重。文中通過分析接頭材質(zhì)、構(gòu)件受力[1]、腐蝕介質(zhì)及溫度等情況，采用排除分析方法找出了裂紋產(chǎn)生的原因，可供同行借鑒。

1 產(chǎn)生原因及分析

為了查找缺陷產(chǎn)生原因，從施工到調(diào)試過程，對影響因素進行了全面核查，通過排除法查找缺陷產(chǎn)生的根本原因[2]，具體排查情況如下：

（1）人員資格和技能。

經(jīng)核實，焊工有HAF603焊工資格證書且焊工項目資格符合要求，焊工資格證的有效期為國家核安全局每6個月更新一次，符合HAF603要求。

（2）焊接工藝評定及數(shù)據(jù)包。

經(jīng)查閱相關(guān)論文資料，線能量[3]等焊接要素對于管道（材質(zhì)S32750）焊接接頭組織和性能存在影響，經(jīng)核查，該系統(tǒng)的焊接工藝評定合格，符合俄羅斯標準要求;焊接數(shù)據(jù)包已批準，同時現(xiàn)場管道所在系統(tǒng)使用此工藝共完成115道焊口的焊接，其他焊縫均未產(chǎn)生裂紋和腐蝕質(zhì)量問題，焊接工藝符合標準要求。

（3）母材及焊接材料。

通過對管道母材、焊材的廠家提供的文件進行核查，管道母材、焊材質(zhì)量文件齊全，滿足設計文件要求;通過對法蘭廠家提供的文件進行檢查，發(fā)現(xiàn)缺少硬度試驗、鐵素體含量測試;另外，對比法蘭原材料與廠家檢驗數(shù)據(jù)，廠家強度試驗數(shù)據(jù)偏低。

對鍛件法蘭、管材、焊接材料化學成分和力學性能進行了檢驗，結(jié)果分別如表1、表2所示。

鍛件法蘭S32750試驗項目（ASME SA-182）：化學分析[4]、常溫拉伸、鐵素體含量測試[5]、布氏硬度。

管材S32750試驗項目（ASME SA-790）：化學分析[4]、常溫拉伸、鐵素體含量測試[5]、洛氏硬度、晶間腐蝕、點腐蝕、點蝕當量、彎曲性能。

焊絲ER2594試驗項目（ASME SFA5.9）：化學分析、常溫拉伸、鐵素體、晶間腐蝕、點腐蝕[6-7]。

通過以上檢測，發(fā)現(xiàn)該管道的鐵素體含量不滿足要求，達不到雙向不銹鋼的綜合性能，對該材質(zhì)存在疑問。

（4）焊接質(zhì)量控制。

對現(xiàn)場施工過程記錄進行核查，發(fā)現(xiàn)安裝及檢驗工序單齊全，焊接過程經(jīng)過QC及工程公司、監(jiān)理見證，且4道焊口均經(jīng)射線檢驗（RT）一次合格，未發(fā)現(xiàn)超標缺陷存在，質(zhì)量檢驗過程符合設計文件和法規(guī)驗收要求。

（5）裂紋產(chǎn)生的原因分析。

在海水泵出口反法蘭側(cè)缺陷較為嚴重（見圖1），共12處腐蝕孔和1處裂紋缺陷，現(xiàn)場對所有缺陷尺寸進行了測量。

通過對現(xiàn)場缺陷的定位發(fā)現(xiàn)，均在法蘭側(cè)存在貫穿性裂紋，由腐蝕現(xiàn)象導致，如圖2～圖4所示。

通過缺陷判斷[5]，法蘭開裂前裂紋部位局部已存在嚴重腐蝕現(xiàn)象，腐蝕深度均在2～4.5 mm，在調(diào)試起泵試驗時，由于振動和管道內(nèi)部壓力的存在，法蘭側(cè)存在應力集中問題，腐蝕部位無法承受應力導致沿腐蝕點開裂，判斷法蘭裂紋是由于內(nèi)壁腐蝕后無法承受振動和管道內(nèi)部結(jié)構(gòu)應力所產(chǎn)生的貫穿性開裂缺陷。

（6）腐蝕穿孔產(chǎn)生的原因分析。

對海水進行取樣，海水氯離子濃度在23.5 g/L（正常條件下，母材S32750在氯離子濃度達到35.7 g/L時，耐點蝕性能才會明顯下降）。海水進入該管道時間約為9～11個月，存在腐蝕介質(zhì)氯離子。但管道與法蘭為同材質(zhì)，但管道并未出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，僅僅法蘭一側(cè)出現(xiàn)貫穿性裂紋缺陷，結(jié)構(gòu)應力集中于法蘭側(cè)焊縫處。

應力腐蝕是敏感材料在應力、特定腐蝕介質(zhì)共同作用下引起的破壞，具有較為鮮明的特點。母材S32750為鐵素體-奧氏體雙相不銹鋼，鐵素體含量偏低，而奧氏體則對應力腐蝕非常敏感;根據(jù)對缺陷的判斷，該腐蝕位置處在裂紋前存在局部腐蝕，且存在振動和管道內(nèi)部壓力，同時法蘭側(cè)因結(jié)構(gòu)因素存在應力集中問題;該管道所處介質(zhì)環(huán)境中氯離子濃度在23.5 g/L，屬于奧氏體不銹鋼易腐蝕的介質(zhì)，綜上所述，腐蝕穿孔滿足應力腐蝕的三個條件，腐蝕穿孔產(chǎn)生的原因為材質(zhì)達不到抗應力腐蝕所致。

2 處理措施

（1）按照核電管理要求，對缺陷物項開啟不符合項報告，同時編制不符合項處理方案，由各管理方對處理方案審查通過后，發(fā)布實施;后續(xù)根據(jù)不符合項處理方案進行處理。

（2）承包商實施現(xiàn)場打止裂孔，及時去除裂紋，對該區(qū)域母材處缺陷打磨、清理干凈并進行液體滲透檢查，確認無缺陷后選用φ1.6 mm、牌號為ER259不銹鋼焊絲，采用TIG工藝對母材進行補焊并進行無損檢驗，若檢驗不合格則重新進行處理。

（3）業(yè)主按照設計要求采購合格的法蘭（材質(zhì)為耐腐蝕敏感性良好的雙向不銹鋼），各方對法蘭驗收合格后，采用φ1.6 mm、牌號ER2594焊絲進行現(xiàn)場焊接，更換原法蘭。

（4）對更換的法蘭焊縫按照原驗收標準要求進行無損檢驗，合格后，關(guān)閉不符合項報告。

3 結(jié)論

針對某核電站海水管路系統(tǒng)調(diào)試期間的泄漏問題，通過對人員資質(zhì)及技能、技術(shù)文件、材料材質(zhì)及性能等方面進行排查，得出以下結(jié)論：

（1）通過各要素排查，明確裂紋和腐蝕的產(chǎn)生滿足應力腐蝕的三要素[8]：a. 敏感材質(zhì)，管道材料為S32750，是鐵素體-奧氏體雙相不銹鋼，經(jīng)檢驗發(fā)現(xiàn)材料中鐵素體含量不足，因此管道對氯離子敏感;b. 該腐蝕位置所處位置在裂紋前存在局部腐蝕，且存在振動和管道內(nèi)部壓力，同時法蘭側(cè)因結(jié)構(gòu)因素存在應力集中問題;c. 管道運行介質(zhì)為海水，氯離子含量較高，屬于特定腐蝕介質(zhì)。

（3）要解決腐蝕問題，需消除應力腐蝕三要素的條件，由于結(jié)構(gòu)和所在介質(zhì)環(huán)境固定，因此可通過更換非敏感材質(zhì)且質(zhì)量符合標準要求的雙相不銹鋼材質(zhì)的法蘭解決該問題。

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