冷卻劑加鋅對(duì)316LN應(yīng)力腐蝕性能影響

銀朝暉，賴旭平，趙永福，唐敏，陳子瑞，張根，龔賓

冷卻劑加鋅對(duì)316LN應(yīng)力腐蝕性能影響

銀朝暉，賴旭平，趙永福，唐敏，陳子瑞，張根，龔賓

（中國(guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院，成都 610213）

在模擬壓水堆一回路水化學(xué)環(huán)境中開(kāi)展加鋅對(duì)316LN應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂行為研究，獲得加鋅對(duì)316LN腐蝕影響特性。通過(guò)直流電位降方法獲得316LN在不加鋅和加鋅水化學(xué)中的裂紋擴(kuò)展速率，對(duì)比分析不同應(yīng)力強(qiáng)度因子下加鋅對(duì)316LN裂紋擴(kuò)展速率影響，利用掃描電鏡、透射電鏡分別對(duì)316LN應(yīng)力腐蝕斷口形貌以及裂紋尖端元素分布進(jìn)行觀察和分析。在不加鋅水溶液中，應(yīng)力強(qiáng)度因子=38.5 MPa·m1/2，裂紋擴(kuò)展速率為2.80×10?8mm/s，應(yīng)力強(qiáng)度因子=45.5 MPa·m1/2，裂紋擴(kuò)展速率為3.51×10?8mm/s；在加鋅水溶液中，應(yīng)力強(qiáng)度因子=38.5 MPa·m1/2，裂紋擴(kuò)展速率為1.29×10?8mm/s，應(yīng)力強(qiáng)度因子=45.5 MPa·m1/2，裂紋擴(kuò)展速率為1.74×10?8mm/s；在加鋅或不加鋅水溶液中，應(yīng)力強(qiáng)度因子對(duì)316LN裂紋擴(kuò)展速率有促進(jìn)作用，但在相同應(yīng)力強(qiáng)度因子下，隨鋅的加入，316LN裂紋擴(kuò)展速率降低46.0%～49.5%，使316LN生成保護(hù)性更好、韌性更高的氧化膜。冷卻劑加鋅有利于提高316LN抗應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的能力。

應(yīng)力腐蝕；裂紋擴(kuò)展速率；鋅

在壓水堆一回路系統(tǒng)包裝防護(hù)過(guò)程中，冷卻劑加鋅可以改善結(jié)構(gòu)材料表面氧化膜微觀結(jié)構(gòu)，有利于減緩結(jié)構(gòu)材料均勻腐蝕速率，降低核電廠輻照?qǐng)鏊?，延長(zhǎng)減緩結(jié)構(gòu)材料應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂（Primary Water Stress Corrosion Cracking，PWSCC）[1-5]。2006年美國(guó)電力研究院制定的加鋅導(dǎo)則正式發(fā)布，其推薦將冷卻劑加鋅視作降低所有壓水堆機(jī)組停機(jī)劑量率，并減緩一回路PWSCC的潛在措施[6]，我國(guó)引進(jìn)西屋公司的AP1000系列核電機(jī)組運(yùn)行時(shí)對(duì)一回路采用加鋅水化學(xué)工藝。

在包裝防護(hù)材料中，316LN因其具有較好的力學(xué)性能和抗腐蝕性能，已作為一回路主管道材料應(yīng)用于我國(guó)第3代壓水堆核電站AP1000。在核電站運(yùn)行期間，一回路主管道會(huì)承受熱波動(dòng)、機(jī)械載荷波動(dòng)和一回路反應(yīng)堆冷卻介質(zhì)的腐蝕作用[7]。長(zhǎng)期服役于高溫高壓水化學(xué)環(huán)境中的主管道材料可能存在降質(zhì)行為，發(fā)生PWSCC等環(huán)境失效。相關(guān)研究表明，在除氧加氫高溫水中，加入10 μg/kg鋅可以降低316不銹鋼應(yīng)力腐蝕裂紋擴(kuò)展速率，而加入的鋅含量高于20 μg/kg時(shí)，會(huì)加快裂紋擴(kuò)展速率[8]，另有研究表明對(duì)316L進(jìn)行冷變形20%處理后，316L材料厚度比原始厚度降低20%，鋅的加入可以降低316L不銹鋼應(yīng)力腐蝕裂紋擴(kuò)展速率[2]。由于上述研究未在模擬壓水堆水化學(xué)環(huán)境中開(kāi)展，對(duì)于加鋅減緩材料裂紋擴(kuò)展速率存在爭(zhēng)議。一般反應(yīng)堆一回路冷卻劑中加入鋅的含量為5～40 μg/kg，采用較低鋅含量（0～10 μg/kg）主要目的是為了降低輻照劑量，采用較高鋅含量（10～40 μg/kg）主要是為了減緩一回路PWSCC，因此，針對(duì)加鋅減緩一回路PWSCC問(wèn)題，文中通過(guò)模擬壓水堆一回路高溫高壓水化學(xué)環(huán)境，對(duì)壓水堆一回路主管道材料316LN進(jìn)行加鋅（鋅含量為40 μg/kg）和不加鋅水化學(xué)下的應(yīng)力腐蝕進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，以期為我國(guó)壓水堆核電站加鋅水化學(xué)技術(shù)提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 方法

實(shí)驗(yàn)采用直流電位降（Direct Current Potential Drop，DCPD）方法研究加鋅對(duì)316LN應(yīng)力腐蝕影響規(guī)律。通過(guò)對(duì)比不加鋅和加鋅水化學(xué)工況下316LN裂紋擴(kuò)展速率，并結(jié)合微觀表征分析，評(píng)價(jià)加鋅對(duì)316LN作用效果。

1.2 材料

選用核級(jí)316LN作為實(shí)驗(yàn)材料。該材料化學(xué)成分（均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)）：C為0.03%、Si為0.25%、Mn為1.50%、P為0.02%、S為0.004%、Ni為11.80%、Cr為17.20%、S為0.004%、N為0.10%、Fe余量。為提高材料應(yīng)力腐蝕敏感性，縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間，同時(shí)考慮主管道材料在服役過(guò)程中冷變形量會(huì)達(dá)20%，因此，利用液壓機(jī)對(duì)316LN進(jìn)行冷變形20%處理，冷變形結(jié)束后，按照ASTM E399的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)加工成半英寸厚的緊湊拉伸試樣（Compact Tension Specimen，CT試樣）。為避免開(kāi)裂過(guò)程中裂紋發(fā)生偏轉(zhuǎn)，在試樣兩側(cè)開(kāi)深度為厚度5%的側(cè)槽。

1.3 條件

實(shí)驗(yàn)水質(zhì)：模擬壓水堆一回路采用的硼鋰水化學(xué)環(huán)境為1 500 mg/kg B+2.3 mg/kg Li的水溶液；模擬壓水堆一回路采用的硼鋰鋅環(huán)境為1 500 mg/kg B+ 2.3 mg/kg Li+40 μg/kg Zn的水溶液，其中B以分析純H3BO3形式加入，Li以分析純LiOH形式加入，Zn以分析純醋酸鋅形式加入。實(shí)驗(yàn)溫度為300 ℃，實(shí)驗(yàn)壓力為15.5 MPa，溶解氧含量＜0.1 mg/kg。

1.4 步驟

將CT試樣安裝在疲勞機(jī)上，在空氣中預(yù)制裂紋，預(yù)制疲勞裂紋采用的載荷參數(shù)為：最大應(yīng)力強(qiáng)度因子max=25 MPa·m1/2，頻率=1 Hz，應(yīng)力比值從0.3逐次升高到0.5和0.7，從而獲得比較尖銳的疲勞裂紋[8]。預(yù)制疲勞裂紋后的試樣放入高壓釜內(nèi)，當(dāng)高壓釜內(nèi)溫度和壓力升至目標(biāo)值=300 ℃、=15.5 MPa后，采用梯形波加載，開(kāi)始疲勞開(kāi)裂向應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的過(guò)渡。過(guò)渡過(guò)程中采用的載荷參數(shù)為：最大應(yīng)力強(qiáng)度因子max=25 MPa·m1/2，應(yīng)力比值為0.7，頻率逐漸降低至=0.01 Hz，然后引入最大載荷保持時(shí) 間為20 000 s，以保證裂紋穿越由疲勞而產(chǎn)生的塑 性區(qū)域[9-10]。過(guò)渡實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，轉(zhuǎn)入應(yīng)力腐蝕實(shí)驗(yàn)。應(yīng)力腐蝕實(shí)驗(yàn)過(guò)程中采用恒應(yīng)力強(qiáng)度因子= 38.5 MPa·m1/2，應(yīng)力腐蝕實(shí)驗(yàn)分為2個(gè)階段。第1階段為316LN在硼鋰水化學(xué)環(huán)境中的應(yīng)力腐蝕實(shí)驗(yàn)，應(yīng)力腐蝕實(shí)驗(yàn)運(yùn)行時(shí)間為33～400 h，對(duì)為33～400 h進(jìn)行線性擬合可獲得強(qiáng)度因子=38.5 MPa·m1/2時(shí)，316LN在硼鋰水溶液中裂紋擴(kuò)展速率；第2階段為316LN在硼鋰鋅水化學(xué)環(huán)境中的應(yīng)力腐蝕實(shí)驗(yàn)，應(yīng)力腐蝕實(shí)驗(yàn)運(yùn)行時(shí)間為696～1 198 h時(shí)，對(duì)為696～1 198 h進(jìn)行線性擬合，可獲得強(qiáng)度因子=38.5 MPa·m1/2時(shí)，316LN在硼鋰鋅水溶液中裂紋擴(kuò)展速率。為比較在不同恒應(yīng)力強(qiáng)度因子下加鋅對(duì)316LN腐蝕性能影響，采用相同的步驟開(kāi)展第2次應(yīng)力腐蝕實(shí)驗(yàn)，應(yīng)力腐蝕實(shí)驗(yàn)過(guò)程中采用恒應(yīng)力強(qiáng)度因子=45.5 MPa·m1/2，應(yīng)力腐蝕實(shí)驗(yàn)分為2個(gè)階段。第1階段為為316LN在硼鋰水化學(xué)環(huán)境中的應(yīng)力腐蝕實(shí)驗(yàn)，應(yīng)力腐蝕實(shí)驗(yàn)運(yùn)行時(shí)間為81～429 h，對(duì)為81～429 h進(jìn)行線性擬合可獲得強(qiáng)度因子= 45.5 MPa·m1/2時(shí)，316LN在硼鋰水溶液中裂紋擴(kuò)展速率；第2階段為316LN在硼鋰鋅水化學(xué)環(huán)境中的應(yīng)力腐蝕實(shí)驗(yàn)，應(yīng)力腐蝕實(shí)驗(yàn)運(yùn)行時(shí)間為539～686 h，對(duì)為539～686 h進(jìn)行線性擬合可獲得強(qiáng)度因子=45.5 MPa·m1/2時(shí)，316LN在硼鋰鋅水溶液中裂紋擴(kuò)展速率。2次應(yīng)力腐蝕實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，分別將2個(gè)試樣在空氣中疲勞拉斷，然后使用掃描電鏡（Scanning Electron Microscope，SEM）觀察斷面形貌，并對(duì)斷口表面氧化物進(jìn)行能譜分析（Energy Disperse Spectroscopy，EDS），同時(shí)利用聚焦離子束（Focused Ion Beam，F(xiàn)IB）對(duì)裂紋尖端區(qū)域進(jìn)行切割制樣，通過(guò)透射電鏡（Transmission Electron Microscope，TEM）進(jìn)行元素在裂紋尖端分布的掃描分析。實(shí)驗(yàn)所采用的裝置設(shè)計(jì)壓力為20 MPa，設(shè)計(jì)溫度為400 ℃，最高可提供25 kN載荷。微觀分析使用的SEM為VEGA3 TESCAN，分辨率為2.0 nm @ 30 kV，加速電壓為0.2～30 kV，EDS為Oxford AZtec MaxN-80，分辨率優(yōu)于127 eV（MnKα）；TEM型號(hào)為GAIA3 TESCAN，其性能指標(biāo)為SEM分辨率1.0 nm@15 kV，F(xiàn)IB分辨率為2.5 nm@30 kV。

2 結(jié)果與分析

2.1 裂紋擴(kuò)展曲線分析

316LN裂紋擴(kuò)展速率曲線見(jiàn)圖1。由圖1可知，當(dāng)=38.5 MPa·m1/2時(shí)，316LN在無(wú)鋅的硼鋰水質(zhì)中裂紋擴(kuò)展速率約為2.80×10?8mm/s，由于實(shí)驗(yàn)過(guò)程中實(shí)驗(yàn)設(shè)備突然斷電造成重新啟動(dòng)設(shè)備后裂紋長(zhǎng)度曲線出現(xiàn)一個(gè)階躍，造成這種階躍的原因是斷電導(dǎo)致加載載荷消失，使316LN試樣裂紋尖端突然閉合，當(dāng)實(shí)驗(yàn)重新開(kāi)始時(shí)，加載載荷使試樣裂紋重新被拉開(kāi)，造成已形成的氧化膜破裂，腐蝕裂紋向前擴(kuò)展。同時(shí)由圖1可見(jiàn)，設(shè)備斷電再重啟后，裂紋擴(kuò)展速率出現(xiàn)微小波動(dòng)，但變化較小，基本對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果無(wú)明顯影響。為進(jìn)一步消除波動(dòng)，實(shí)驗(yàn)運(yùn)行約250 h后開(kāi)始加鋅，加鋅后，裂紋擴(kuò)展速率約為1.29×10?8mm/s；當(dāng)= 45.5 MPa·m1/2時(shí)，316LN在無(wú)鋅的硼鋰水質(zhì)中裂紋擴(kuò)展速率約為3.51×10?8mm/s，加鋅后，裂紋擴(kuò)展速率約為1.74×10?8mm/s。根據(jù)文獻(xiàn)[2,8]數(shù)據(jù)可知，在除氧加氫高溫純水中，當(dāng)=33.0 MPa·m1/2時(shí)，316不銹鋼在含10 μg/kg鋅的水溶液中裂紋擴(kuò)展速率為2.73× 10?9mm/s，在含20 μg/kg鋅的水溶液中裂紋擴(kuò)展速率為2.73×10?8mm/s，在含40 μg/kg鋅的水溶液中裂紋擴(kuò)展速率為3.85×10?8mm/s；當(dāng)=27.5 MPa·m1/2時(shí)，冷變形20% 316L不銹鋼在含60 μg/kg鋅的水溶液中裂紋擴(kuò)展速率為6.90×10?8mm/s，由于實(shí)驗(yàn)水質(zhì)（加氫與不加氫、高溫純水與硼鋰水、不同鋅濃度、不同應(yīng)力強(qiáng)度因子）、實(shí)驗(yàn)材料類(lèi)型（316L、316、316LN）及狀態(tài)（冷變形20%與原始狀態(tài)）等不同，使得該項(xiàng)目研究結(jié)果與文獻(xiàn)報(bào)道的結(jié)果存在差異，但不銹鋼在加鋅水質(zhì)中的裂紋擴(kuò)展速率數(shù)值均在同一數(shù)量級(jí)（10?8mm/s）。對(duì)比316LN在相同水質(zhì)中不同值下的裂紋擴(kuò)展速率，在無(wú)鋅的硼鋰水質(zhì)中，值由38.5 MPa·m1/2升至45.5 MPa·m1/2時(shí)，316LN裂紋擴(kuò)展速率提高了1.25倍；在加鋅的硼鋰水質(zhì)中，值由38.5 MPa·m1/2升至45.5 MPa·m1/2時(shí)，316LN裂紋擴(kuò)展速率提高1.35倍。對(duì)比相同值下316LN在加鋅和不加鋅水質(zhì)中裂紋擴(kuò)展速率，隨鋅的加入，316LN裂紋擴(kuò)展速率降低約46.0%～49.5%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在相同值下，加鋅能降低316LN裂紋擴(kuò)展速率，316LN裂紋擴(kuò)展速率隨值增加而增加。

圖1 裂紋擴(kuò)展曲線

2.2 微觀分析

2.2.1 斷口分析

當(dāng)=38.5 MPa·m1/2和=45.5 MPa·m1/2時(shí)，試 樣在2種水質(zhì)中斷口形貌分別見(jiàn)圖2和圖3。由圖 2b和圖3b可以明顯看到過(guò)渡區(qū)裂紋由穿晶（Ttransgranular Cracking，TG）開(kāi)裂轉(zhuǎn)變?yōu)檠鼐ч_(kāi) 裂。圖2c和圖3c為典型的沿晶應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂（Intergranular Stress Corrosion Cracking，IGSCC），從斷口形貌上可以看到較多的二次裂紋，并且顆粒狀氧化物隨機(jī)分布在斷口上，與文獻(xiàn)[11]報(bào)道的結(jié)果一致。文獻(xiàn)[12]指出對(duì)材料進(jìn)行冷變形處理，會(huì)使材料的位錯(cuò)密度增加，由于材料位錯(cuò)密度增加造成材料應(yīng)變不均勻，從而在材料的晶界與晶內(nèi)存在應(yīng)變梯度。當(dāng)冷變形量較小時(shí)，容易在材料的晶界處產(chǎn)生應(yīng)變集中，造成晶界與晶內(nèi)應(yīng)變梯度較大。由于晶界處殘余應(yīng)變的集中導(dǎo)致晶界硬化，使材料更容易發(fā)生IGSCC。對(duì)試樣應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂斷口表面氧化物進(jìn)行能譜分析，結(jié)果顯示斷口表面氧化物中存在少量鋅元素，氧化物主要由鐵、鉻的氧化物組成。

2.2.2 裂紋尖端成分分析

316LN裂紋尖端元素分布情況見(jiàn)圖4和圖5。由圖4可以看出，當(dāng)=38.5 MPa·m1/2時(shí)，裂紋內(nèi)部存在大量Fe的氧化物，裂紋兩側(cè)存在Cr、Ni的富集；當(dāng)=45.5 MPa·m1/2時(shí)，裂紋內(nèi)部存在大量Fe、Ni氧化物，裂紋兩側(cè)存在Cr的富集。在2種值下，Zn在裂紋內(nèi)部呈不連續(xù)分布，表明加鋅工況下Zn已進(jìn)入縫隙內(nèi)，但裂紋尖端未發(fā)現(xiàn)Zn富集，文獻(xiàn)[2]指出由于高壓釜降溫過(guò)程中，氧化物中鋅會(huì)重新釋放至溶液內(nèi)，從而影響氧化物中鋅含量。

2.3 結(jié)果討論

根據(jù)裂紋尖端滑移-膜破裂-氧化模型，暴露于高溫水環(huán)境中材料的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂行為主要有2個(gè)過(guò)程：裂紋尖端的應(yīng)力使氧化膜發(fā)生破裂和氧化膜重新形成[13]，因此，裂紋尖端氧化膜的特性決定了應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂行為。在相同水化學(xué)工況（如無(wú)鋅硼鋰水或加鋅硼鋰水）中，隨著裂紋尖端應(yīng)力強(qiáng)度因子的增大，裂尖區(qū)域基體金屬中裂紋擴(kuò)展方向的應(yīng)力分布減小，在裂紋擴(kuò)展方向兩側(cè)的應(yīng)力分布增大，造成氧化膜中的應(yīng)變?cè)龃?，從而使氧化膜更易在裂紋擴(kuò)展方向上發(fā)生脆性斷裂[14]，加速裂紋擴(kuò)展速率，見(jiàn)圖1。氧化膜破裂后，暴露于水環(huán)境中的裂紋內(nèi)部金屬會(huì)發(fā)生氧化和溶解，金屬轉(zhuǎn)化為離子溶解于水或轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸じ苍诮饘倩w上，加入Zn后，Zn在濃度梯度的作用下向裂紋尖端擴(kuò)散，參與新氧化膜的形成。相對(duì)于Cr3+、Ni2+、Fe2+、Co2+、Fe3+在尖晶石四面體位置中的擇位能，Zn2+在尖晶石四面體位置中的擇位能最高，Zn通過(guò)點(diǎn)陣競(jìng)爭(zhēng)從氧化膜中置換出二價(jià)陽(yáng)離子，形成熱力學(xué)和晶體學(xué)更穩(wěn)定ZnCr2O4的鋅鉻氧化物，其反應(yīng)方程式為[15]：

圖2 K為38.5 MPa·m1/2時(shí)，316LN的SEM斷口形貌

圖3 K為45.5 MPa·m1/2時(shí)，316LN的SEM斷口形貌

圖4 K為38.5 MPa·m1/2時(shí)，316LN裂紋尖端的TEM-EDS掃描分析結(jié)果

ZnCr2O4氧化物相對(duì)其他結(jié)構(gòu)尖晶石氧化物（如FeCr2O4、NiCr2O4）具有更少的缺陷，降低了氧在氧化膜中的擴(kuò)散速率和金屬離子的擴(kuò)散速率，從而減緩了晶界的氧化速率[2]。Kawamura等[16]通過(guò)X射線光電子能譜和俄歇電子能譜分析表明Zn能進(jìn)入氧化膜，形成Zn-Cr相，穩(wěn)定氧化物中的Cr，降低應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂敏感性。Huang等[17]通過(guò)慢應(yīng)變速率拉伸實(shí)驗(yàn)表明Zn可以增加316L不銹鋼韌性，有效提高316L不銹鋼抵抗應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂性能。結(jié)合此實(shí)驗(yàn)結(jié)果（圖4和圖5）可知，鋅已進(jìn)入氧化膜內(nèi)部，并形成含Zn的氧化膜，相較于316LN在不加鋅水溶液中形成的氧化膜，316LN在加鋅水溶液中形成含Zn的氧化膜更具有保護(hù)性，并且提高了氧化膜的韌性，從而降低了氧化膜開(kāi)裂的概率，延長(zhǎng)氧化膜開(kāi)裂時(shí)間，提高了材料抵抗應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的能力。

3 結(jié)語(yǔ)

采用直流電位降方法，實(shí)現(xiàn)在模擬壓水堆一回路水化學(xué)條件下加鋅對(duì)316LN應(yīng)力腐蝕影響特性研究，獲得不同應(yīng)力強(qiáng)度因子、鋅濃度對(duì)316LN裂紋擴(kuò)展速率影響數(shù)據(jù)，通過(guò)微觀表征分析，獲得鋅對(duì)316LN裂紋處氧化物組成的影響特性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在相同水化學(xué)工況中，316LN裂紋擴(kuò)展速率隨應(yīng)力強(qiáng)度因子增加而增加；在相同應(yīng)力強(qiáng)度因子下，加鋅能夠降低316LN裂紋擴(kuò)展速率，其原因是鋅能進(jìn)入裂紋內(nèi)部，通過(guò)點(diǎn)陣競(jìng)爭(zhēng)從氧化膜中置換出二價(jià)陽(yáng)離子，生成保護(hù)性更好、韌性更高的鋅鉻氧化膜，降低氧化膜開(kāi)裂的概率，提高材料抵抗應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的能力。后期可進(jìn)一步開(kāi)展不同水化學(xué)參數(shù)、不同熱工參數(shù)條件下加鋅對(duì)材料氧化膜腐蝕性能影響研究，挖掘在不同影響因素條件下加鋅水化學(xué)對(duì)反應(yīng)堆一回路關(guān)鍵材料腐蝕影響規(guī)律和機(jī)理。

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Effects of Zinc in Coolant on Stress Corrosion Resistance of 316LN

YIN Zhao-hui, LAI Xu-ping, ZHAO Yong-fu, TANG Min, CHEN Zi-rui, ZHANG Gen, GONG Bin

(Nuclear Power Institute of China, Chengdu 610213, China)

The work aims to study the effect of zinc on stress corrosion cracking behavior of 316LN in primary hydrochemistry environment of simulated pressurized water reactor and obtain the effect law of zinc on corrosion of 316LN. The crack growth rates of 316LN were obtained by direct current potential drop method (DCPD) in hydrochemistry environment without zinc or with zinc. The effect of zinc on the crack growth rates of 316LN under different stress intensity factors was analyzed. The fracture morphology of 316LN due to stress corrosion and the distribution of elements at the crack tip were observed and analyzed by scanning electron microscopy and transmission electron microscopy. In the aqueous solution without zinc, the crack growth rate was 2.80×10?8mm/s when the stress intensity factorwas 38.5 MPa·m1/2and the crack growth rate was 3.51×10?8mm/s when the stress intensity factorwas 45.5 MPa·m1/2. In addition, in the aqueous solution with zinc, the crack growth rate was 1.29×10?8mm/s when the stress intensity factorwas 38.5 MPa·m1/2and the crack growth rate was 1.74×10?8mm/s when the stress intensity factorwas 45.5 MPa·m1/2. In the aqueous solution with or without zinc, the stress intensity factor promoted the crack growth rate of 316LN, but under the same stress intensity factor, with the addition of zinc, the crack growth rate of 316LN decreased by 46.0%～49.5%, which made 316LN form an oxide film with better protection and higher toughness. Adding zinc to the coolant is beneficial to improving the stress corrosion cracking resistance of 316LN.

stress corrosion cracking; crack growth rate; zinc

TG174.42

A

1001-3563(2022)07-0139-07

10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.07.017

2021-05-09

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃政府間國(guó)際科技創(chuàng)新合作項(xiàng)目（2018YFE0116200）

銀朝暉（1989—），男，碩士，助理研究員，主要研究方向?yàn)榉磻?yīng)堆水化學(xué)與材料腐蝕。

責(zé)任編輯：曾鈺嬋