核電關(guān)鍵材料的失效會(huì)造成十分嚴(yán)重的后果，以蒸汽發(fā)生器為例，國(guó)際上核電先進(jìn)國(guó)家長(zhǎng)期運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，過(guò)去30多年來(lái)應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂始終是蒸汽發(fā)生器管失效的主要原因。在國(guó)家973項(xiàng)目、國(guó)家重大科技專項(xiàng)和國(guó)家杰出青年基金的支持下，金屬所力學(xué)/化學(xué)研究組從2006年開(kāi)始重點(diǎn)研究了冷加工、表面劃傷、水化學(xué)參數(shù)等對(duì)核電關(guān)鍵材料的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂機(jī)制的影響。

　　蒸汽發(fā)生器管在插管過(guò)程中不可避免地引入的表面劃傷已經(jīng)導(dǎo)致實(shí)際電站中發(fā)生了應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂，并引起人們的關(guān)注。表面劃傷可以加劇腐蝕，似乎是不爭(zhēng)的事實(shí)，因此人們往往忽略對(duì)劃傷的深入研究。通過(guò)在實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)了模擬現(xiàn)場(chǎng)劃傷的裝置，在蒸汽發(fā)生器管690合金表面人為制作了與現(xiàn)場(chǎng)寬度和深度相近的表面劃傷，然后利用各種顯微觀察手段和應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)了在高溫高壓水中劃傷導(dǎo)致690合金發(fā)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的機(jī)制，研究結(jié)果應(yīng)邀在戈登（GORDON）會(huì)議和美國(guó)愛(ài)達(dá)荷（Idaho）國(guó)家實(shí)驗(yàn)室主辦的微納米定量研究應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的QMN2和QMN3會(huì)議上報(bào)告，得到國(guó)際同行的高度重視。

　　690合金具有較低的層錯(cuò)能，在劃傷過(guò)程中，劃傷底部材料發(fā)生納米晶、機(jī)械孿晶和高密度位錯(cuò)的梯度結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖1）。由于劃傷尺寸很小，為了得到微小區(qū)域的材料的殘余應(yīng)力，通過(guò)上海光源二維X射線探測(cè)儀，采用X 射線衍射德拜環(huán)分析方法，測(cè)量劃傷截面納米層內(nèi)的殘余應(yīng)力，發(fā)現(xiàn)劃傷后，劃傷底部的材料處于殘余壓應(yīng)力狀態(tài)（見(jiàn)圖2）。有趣的是，現(xiàn)場(chǎng)和實(shí)驗(yàn)室模擬試驗(yàn)都出現(xiàn)了劃傷處的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂（見(jiàn)圖3）。說(shuō)明，即使在殘余壓應(yīng)力區(qū)，材料一樣可以發(fā)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。開(kāi)裂的機(jī)制是：劃傷使690合金表面發(fā)生嚴(yán)重的冷加工，產(chǎn)生畸變的晶界、納米晶、機(jī)械孿晶和高密度位錯(cuò)等微觀缺陷。在高溫高壓水中，由于690合金的這些微觀缺陷發(fā)生擇優(yōu)腐蝕，產(chǎn)生的氧化物在缺陷處塞積，氧化物楔入在缺陷前端產(chǎn)生局部的拉應(yīng)力，這個(gè)局部拉應(yīng)力是690合金發(fā)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的主要原因。所以，常識(shí)認(rèn)為的表面引入壓應(yīng)力會(huì)抑制應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂是不確切的。在某些環(huán)境/合金體系，即使在有殘余壓應(yīng)力存在時(shí)，材料表面加工等局部缺陷的擇優(yōu)腐蝕產(chǎn)物在缺陷前緣產(chǎn)生的局部楔形力會(huì)使材料發(fā)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。

　　表面機(jī)加工不僅決定了構(gòu)件最初的服役表面狀態(tài)，對(duì)核電關(guān)鍵部件的長(zhǎng)期安全運(yùn)行有重要影響。為了控制不同的表面狀態(tài)，在實(shí)驗(yàn)室對(duì)690合金進(jìn)行了打磨、拋光不同表面處理，然后利用透射電鏡觀察近表面的結(jié)構(gòu)，截面照片見(jiàn)圖4，可以發(fā)現(xiàn)，400號(hào)砂紙打磨后，690合金有470納米的變形層，即使是機(jī)械拋光，表面還留有140納米的變形層。只有電解拋光才能去除表面的冷加工層。

　　在核電一回路中，通常要通入一定量的溶解氫以消除溶解氧，降低材料的腐蝕。但是在補(bǔ)充注水時(shí)，有時(shí)會(huì)攜帶溶解氧；在某些死管段溶解氧很難消除。在二回路，一般溶解氧濃度會(huì)高于一回路。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)核電高溫高壓水中有溶解氧時(shí)，690合金發(fā)生Cr的擇優(yōu)溶解，在表面生成貧Cr富Ni胞狀疏松的氧化物，保護(hù)較弱。高溫高壓水中溶解氧可以使690合金喪失高Cr優(yōu)勢(shì)。并且在電解拋光的樣品上，發(fā)現(xiàn)690合金發(fā)生了沿晶腐蝕／沿晶應(yīng)力腐蝕（見(jiàn)圖5）。即使是沒(méi)有表面冷加工、殘余應(yīng)力、外加拉應(yīng)力的情況下，高溫高壓水中的溶解氧就可以使690合金發(fā)生沿晶應(yīng)力腐蝕裂紋萌生。根據(jù)上述結(jié)果提出殘余和外加的拉應(yīng)力可以不是應(yīng)力腐蝕裂紋萌生的必要條件。核電關(guān)鍵部件的表面加工和核電一、二回路運(yùn)行水化學(xué)的嚴(yán)格控制是保障核電安全運(yùn)行的重要參數(shù)。部分研究結(jié)果已經(jīng)發(fā)表在腐蝕領(lǐng)域等重要學(xué)術(shù)期刊上（Electrochimica Acta, 56(2011)1781-1785；Corrosion Science，53(2011) 3623-3635；Corrosion Science，52(2010)927-932；金屬學(xué)報(bào)，47(7)(2011)823-852）。