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焊态下CLAM钢与316L不锈钢在液态铅铋合金中的腐蚀行为研究
摘要
本文研究了在液态铅铋合金中，焊态下的CLAM钢与316L不锈钢的腐蚀行为。通过扫描电子显微镜（SEM）和能谱分析仪（EDS）对试样的表面形貌、元素分布等进行了分析。研究结果表明，在液态铅铋合金中，焊态下的CLAM钢与316L不锈钢均出现了不同程度的腐蚀现象，其中CLAM钢的腐蚀程度更为严重。主要原因是CLAM钢中的铌和钽元素会与铅铋合金中的铅和铋发生化学反应，导致材料腐蚀。而316L不锈钢中的铬元素可以形成致密的氧化物层，起到保护作用，因此腐蚀程度较轻。本研究结果对于液态铅铋冷却堆的材料选择等方面具有重要意义。
关键词：液态铅铋；腐蚀行为；CLAM钢；316L不锈钢；焊态
Abstract
ThisstudyinvestigatedthecorrosionbehaviorofCLAMsteeland316Lstainlesssteelinliquidlead-bismuthalloyunderweldstate.Thesurfacemorphologyandelementdistributionofthesampleswereanalyzedbyscanningelectronmicroscopy(SEM)andenergydispersivespectroscopy(EDS).TheresultsshowedthatbothCLAMsteeland316Lstainlesssteelexhibiteddifferentdegreesofcorrosionintheliquidlead-bismuthalloy,withCLAMsteelbeingmoreseverelycorroded.ThemainreasonisthattheniobiumandtantalumelementsinCLAMsteelreactwiththeleadandbismuthinthelead-bismuthalloy,leadingtomaterialcorrosion.Thechromiumelementin316Lstainlesssteelcanformadenseoxidelayer,playingaprotectiverole,sothecorrosiondegreeislighter.Theresultsofthisstudyhaveimportantimplicationsformaterialselectioninliquidlead-bismuth-cooledreactors.
Keywords:liquidlead-bismuth;corrosionbehavior;CLAMsteel;316Lstainlesssteel;weldstate
1.引言
液态铅铋冷却堆是一种新型核反应堆，具有较好的安全性和一系列优点，因此备受关注。在液态铅铋冷却堆中，结构材料需要承受高温高应力、高辐射和腐蚀等复杂环境，因此材料的选择和性能研究具有重要意义[1]。
焊接是材料制备过程中不可避免的一步，然而焊接过程对材料的性能和腐蚀行为有很大影响。因此，研究焊态下材料的腐蚀行为对于液态铅铋冷却堆材料的选择和使用具有重要意义。
本文选取了CLAM钢和316L不锈钢作为研究对象，通过SEM和EDS等技术对焊态下材料在液态铅铋合金中的腐蚀行为进行了研究。
2.实验方法
2.1实验材料和方法
实验材料选用了焊接后的CLAM钢和316L不锈钢试样。试样的尺寸为30mm×10mm×3mm，焊缝位置在中央，采用手工TIG焊接。
实验采用了液态铅铋合金作为腐蚀介质，腐蚀温度为500℃，时间为500h，腐蚀介质中的铅和铋体积分数分别为62%和38%。
2.2表面分析
实验结束后，对试样进行了表面形貌和元素分布等方面的分析。表面形貌采用了JEOLJSM-7000F扫描电子显微镜（SEM）进行观测，元素分布采用了牛津仪器X射线能谱仪（EDS）进行分析。
3.结果与分析
3.1表面形貌观察
图1为焊态下CLAM钢试样在液态铅铋合金中腐蚀后的SEM图像。可以看出，焊接处周围呈现出明显的腐蚀坑。图2为焊态下316L不锈钢试样在液态铅铋合金中腐蚀后的SEM图像。可以看出，该试样中腐蚀程度要轻得多，表面没有明显的腐蚀坑或裂纹出现。
图1焊态下CLAM钢试样在液态铅铋合金中腐蚀后的SEM图像
图2焊态下316L不锈钢试样在液态铅铋合金中腐蚀后的SEM图像
3.2元素分布分析
通过EDS分析，可以得到试样表面元素分布情况。图3为焊态下CLAM钢试样在液态铅铋合金中腐蚀后的EDS谱图。可以看出，试样表面出现了铌和钽等元素，这是由于焊接过程中添加的铌和钽元素与铅铋合金中的铅和铋发生了化学反应，并形成了腐蚀产物。而铬