核电厂蒸汽发生器SA213T22传热管表面氧化膜的耐蚀性

我国自主知识产权的200MW高温气冷堆核电站正在山东荣成建造，蒸汽发生器传热管的预热段、蒸发段采用SA213T22无缝铁素体耐热合金管。SA213T22传热管从制造到蒸汽发生器完成组装预计36个月，传热管的防腐蚀周期要求至少满足3a以上。SA213T22属于Cr-Mo钢系列，该钢种有较高的持久塑性和良好的焊接性能，但并不具备良好的耐腐性。对于SA213T22传热管的防腐蚀，国内科院院所均缺少实际应用经验，无法提供相应数据。因此，研究如何提高SA213T22传热管的耐蚀性具有重大的工程意义。

研究表明，在SA213T22传热管表面产生一层均匀、致密、附着力好的氧化膜有助于提高传热管在高温环境中的耐蚀性。研究人员在蒸汽发生器SA213T22传热管表面人工形成了高温氧化膜，采用SEM、XRD、热重分析（TG-DTG)等方法对氧化膜的性能进行了观察和分析；采用盐雾法表征了传热管的耐蚀性，以期为SA213T22传热管实际应用提供相关依据。

高温氧化成膜工艺如下：放样（SA213T22传热管）→抽真空→550℃通纯氧气→550℃保温→降温至180℃→出炉→浸矿物油。经观察，传热管表面形成的氧化膜均匀、致密、完整。高温氧化膜薄而均匀，厚度为4.195～5.734μm，平均厚度为5.003μm。

氧化物分子与其金属原子的体积比（PBR)可作为氧化膜致密性的判据。当PBR<1时，氧化物不能完全覆盖金属表面；当PBR≈1时，可形成对基体金属具有良好保护性的完整氧化膜；当PBR>>1时，由于氧化物与金属的体积比过大，氧化膜内应力较大，当应力超过了氧化膜的结合强度时，氧化膜便发生开裂与剥落，将会暴露出金属表面，PBR>>1的金属氧化膜对金属的抗氧化性是不利的。试验结果表明：

（1）SA213T22传热管在高温氧化炉内经过抽真空、550℃纯氧气保温、降温至180℃、出炉、浸矿物油后，表面氧化形成了均匀、致密的氧化膜，氧化膜薄而均匀，平均厚度约为5.003μm。

（2）SA213T22传热管氧化膜完整、无孔隙，其主要成分为Fe3O4和α-Fe2O3，除氧元素外的其他元素组成与钢基体保持一致。

（3）经过高温氧化及矿物油封闭处理后，SA213T22传热管的耐蚀性得到了显著提高，耐蚀性能完全满足工程应用要求。