金屬作為主要(yao)結構材(cai)料，在(zai)(zai)工(gong)業領域發(fa)揮著重(zhong)要(yao)作用。在(zai)(zai)實際生(sheng)(sheng)產(chan)、運(yun)輸和裝配過程(cheng)(cheng)中(zhong)，金屬表面(mian)常常會出(chu)現劃(hua)傷(shang)缺(que)陷。金屬構件在(zai)(zai)特定的(de)(de)(de)服役(yi)環(huan)境中(zhong)，表面(mian)劃(hua)傷(shang)缺(que)陷處的(de)(de)(de)力(li)(li)學(xue)狀態(tai)、水(shui)化學(xue)環(huan)境都具(ju)有(you)一(yi)定的(de)(de)(de)復雜(za)性，這嚴重(zhong)影響了(le)金屬構件的(de)(de)(de)服役(yi)安全，降低(di)了(le)其服役(yi)壽命。在(zai)(zai)現有(you)工(gong)程(cheng)(cheng)環(huan)節，核電站(zhan)蒸汽發(fa)生(sheng)(sheng)器傳(chuan)熱(re)管(guan)表面(mian)劃(hua)傷(shang)問(wen)題難(nan)以避(bi)免(mian)。在(zai)(zai)高(gao)溫高(gao)壓(ya)水(shui)服役(yi)環(huan)境中(zhong)，表面(mian)帶有(you)劃(hua)傷(shang)的(de)(de)(de)傳(chuan)熱(re)管(guan)面(mian)臨著發(fa)生(sheng)(sheng)應力(li)(li)腐(fu)蝕(shi)開裂(lie)（SCC）的(de)(de)(de)風險，潛在(zai)(zai)影響著核電站(zhan)的(de)(de)(de)安全穩(wen)定運(yun)行。因此，理(li)清表面(mian)劃(hua)傷(shang)的(de)(de)(de)變(bian)形(xing)行為、破壞機制及其對傳(chuan)熱(re)管(guan)SCC抗(kang)力(li)(li)的(de)(de)(de)影響具(ju)有(you)十分重(zhong)要(yao)的(de)(de)(de)意義。

表(biao)面劃傷及其影響(xiang)因(yin)素

早在19世紀，MOHS就采用(yong)劃傷法科學(xue)地比(bi)較了(le)兩種(zhong)材料的(de)硬度，開啟了(le)對表面(mian)劃傷問題(ti)研究的(de)先(xian)河(he)。

至(zhi)今，劃(hua)傷測試(shi)還(huan)廣(guang)泛(fan)應用(yong)(yong)(yong)于金屬、高分子(zi)材(cai)(cai)料(liao)(liao)及涂(tu)層(ceng)等領域以評估材(cai)(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)硬(ying)度、耐劃(hua)傷性能、涂(tu)層(ceng)與基材(cai)(cai)的(de)(de)結合強度、金屬表面(mian)鈍化(hua)膜的(de)(de)再鈍化(hua)性能等。此(ci)外(wai)，劃(hua)傷還(huan)被應用(yong)(yong)(yong)于微納米加工(gong)過程(cheng)，如壓(ya)痕光刻技(ji)術(shu)使用(yong)(yong)(yong)不(bu)同(tong)(tong)形狀的(de)(de)金剛石壓(ya)頭并通過控制載荷，在基材(cai)(cai)上可以形成具有不(bu)同(tong)(tong)凹坑或溝槽的(de)(de)圖案。

典型的(de)(de)表(biao)(biao)面劃(hua)傷過(guo)程(cheng)可以描述為：以特(te)定的(de)(de)力(li)將硬而尖的(de)(de)壓頭壓入材(cai)料，壓頭以某一速度在(zai)基(ji)體(ti)表(biao)(biao)面層運動并使(shi)基(ji)體(ti)表(biao)(biao)面產生機(ji)械變(bian)形(xing)的(de)(de)過(guo)程(cheng)。在(zai)表(biao)(biao)面劃(hua)傷過(guo)程(cheng)中(zhong)，材(cai)料的(de)(de)變(bian)形(xing)機(ji)制主要包(bao)括彈(dan)塑性變(bian)形(xing)、材(cai)料斷裂和碎(sui)屑分離。

劃傷過程和程度(du)受以下三方面因素影響：

1｜壓頭幾何參數

在劃(hua)傷(shang)過程中(zhong)，壓頭(tou)進給使基材(cai)(cai)發生變(bian)形，因(yin)此，壓頭(tou)的(de)(de)幾何參(can)數會影響劃(hua)傷(shang)過程及基材(cai)(cai)的(de)(de)損傷(shang)特(te)征。實際(ji)工程中(zhong)的(de)(de)劃(hua)傷(shang)，也因(yin)劃(hua)傷(shang)來源不(bu)同，對應不(bu)同的(de)(de)劃(hua)傷(shang)形貌（深度、寬度、角(jiao)度等）。

壓(ya)頭(tou)尖端形狀影響著劃傷凹槽的變形情(qing)況，如相(xiang)比于立方角狀壓(ya)頭(tou)，球(qiu)狀壓(ya)頭(tou)造成的劃傷影響區塑性(xing)變形較小(xiao)。

圓(yuan)錐(zhui)形壓(ya)(ya)(ya)頭(tou)(tou)廣泛應用(yong)于模擬(ni)工(gong)程中金屬表面(mian)意外劃(hua)(hua)(hua)傷的(de)(de)(de)研(yan)究(jiu)，其最關鍵的(de)(de)(de)幾(ji)何參數之一(yi)為(wei)錐(zhui)形壓(ya)(ya)(ya)頭(tou)(tou)攻(gong)角(jiao)(jiao)（錐(zhui)形壓(ya)(ya)(ya)頭(tou)(tou)半角(jiao)(jiao)的(de)(de)(de)余角(jiao)(jiao)）。研(yan)究(jiu)表明，使用(yong)大攻(gong)角(jiao)(jiao)的(de)(de)(de)錐(zhui)形壓(ya)(ya)(ya)頭(tou)(tou)進行劃(hua)(hua)(hua)傷時，劃(hua)(hua)(hua)傷凹(ao)槽前端塑性變(bian)形更為(wei)劇烈(lie)，但其所(suo)造(zao)成的(de)(de)(de)劃(hua)(hua)(hua)傷影響區(qu)小(xiao)(xiao)于小(xiao)(xiao)攻(gong)角(jiao)(jiao)壓(ya)(ya)(ya)頭(tou)(tou)。

2｜劃傷速率

在評估涂(tu)層(ceng)(ceng)與基材結合力(li)(li)(li)的(de)劃傷(shang)試(shi)驗中(zhong)，涂(tu)層(ceng)(ceng)分離的(de)驅(qu)動(dong)力(li)(li)(li)是由彈性變形(xing)應力(li)(li)(li)、摩(mo)擦應力(li)(li)(li)及涂(tu)層(ceng)(ceng)內部殘余應力(li)(li)(li)共同構成(cheng)的(de)。涂(tu)層(ceng)(ceng)恰好發生破(po)壞時所施加(jia)的(de)法向載(zai)荷稱(cheng)為(wei)臨(lin)界載(zai)荷，涂(tu)層(ceng)(ceng)對基材的(de)附著力(li)(li)(li)決定了臨(lin)界載(zai)荷的(de)大小。另外，劃傷(shang)速(su)率還可能會影(ying)響(xiang)劃傷(shang)凹槽區(qu)域的(de)物相組成(cheng)。

3｜載(zai)荷

根(gen)據理論模型研究表明，劃(hua)傷(shang)(shang)(shang)載(zai)荷(he)(he)的(de)(de)(de)(de)大小影響著(zhu)(zhu)劃(hua)傷(shang)(shang)(shang)影響區(qu)的(de)(de)(de)(de)變(bian)(bian)形特點(dian)。研究發現隨(sui)著(zhu)(zhu)法向力的(de)(de)(de)(de)增(zeng)大，劃(hua)傷(shang)(shang)(shang)變(bian)(bian)形從彈(dan)性變(bian)(bian)形向塑性變(bian)(bian)形轉變(bian)(bian)，最終發展為斷裂(lie)；隨(sui)著(zhu)(zhu)法向力的(de)(de)(de)(de)不(bu)斷增(zeng)大，劃(hua)傷(shang)(shang)(shang)過程(cheng)由摩擦變(bian)(bian)形轉變(bian)(bian)為犁耕變(bian)(bian)形。此外，劃(hua)傷(shang)(shang)(shang)載(zai)荷(he)(he)還影響著(zhu)(zhu)劃(hua)傷(shang)(shang)(shang)凹槽(cao)的(de)(de)(de)(de)形貌。如有(you)研究發現隨(sui)著(zhu)(zhu)載(zai)荷(he)(he)的(de)(de)(de)(de)增(zeng)大，劃(hua)傷(shang)(shang)(shang)凹槽(cao)兩側(ce)的(de)(de)(de)(de)堆積(ji)峰變(bian)(bian)高，磨(mo)損量與應變(bian)(bian)、載(zai)荷(he)(he)呈正比。

傳熱管材料(liao)及(ji)其(qi)服役(yi)環境

蒸(zheng)汽(qi)發生(sheng)(sheng)器(qi)是(shi)壓水(shui)堆核(he)電站的(de)(de)關鍵部件(jian)之一，它的(de)(de)主要功能是(shi)將熱量(liang)從一回路傳(chuan)至(zhi)二回路，形成高溫蒸(zheng)汽(qi)進而(er)推動(dong)汽(qi)輪機發電。蒸(zheng)汽(qi)發生(sheng)(sheng)器(qi)的(de)(de)主要金屬(shu)構(gou)件(jian)有傳(chuan)熱管(guan)(guan)、管(guan)(guan)板和管(guan)(guan)支撐。傳(chuan)熱管(guan)(guan)是(shi)蒸(zheng)汽(qi)發生(sheng)(sheng)器(qi)的(de)(de)核(he)心部件(jian)，由于長期服役于苛刻的(de)(de)高溫高壓水(shui)工況中，其腐(fu)蝕(shi)和應力腐(fu)蝕(shi)開裂（SCC）問(wen)題是(shi)威脅壓水(shui)堆核(he)電站安(an)全(quan)運行的(de)(de)重要因(yin)素。

早期傳(chuan)(chuan)(chuan)熱(re)管(guan)(guan)(guan)材料(liao)(liao)常采用(yong)奧氏體(ti)不銹(xiu)(xiu)鋼及鎳(nie)基(ji)(ji)600合金(jin)，但在運行過程中(zhong)(zhong)均(jun)出現了嚴重的(de)(de)SCC。為(wei)了解決(jue)這(zhe)個問題(ti)，人們不斷開發出各(ge)種傳(chuan)(chuan)(chuan)熱(re)管(guan)(guan)(guan)材料(liao)(liao)。1992年，加(jia)拿大B＆W公司Millstone 2號反應堆(dui)開始使(shi)用(yong)鎳(nie)基(ji)(ji)690TT合金(jin)作為(wei)傳(chuan)(chuan)(chuan)熱(re)管(guan)(guan)(guan)材料(liao)(liao)。得益于較高的(de)(de)Cr含量，鎳(nie)基(ji)(ji)690TT合金(jin)作為(wei)新型傳(chuan)(chuan)(chuan)熱(re)管(guan)(guan)(guan)材料(liao)(liao)，無論(lun)是處于幾(ji)何縫隙內、含氯、含鉛環(huan)境(jing)(jing)，還是在除氧高純水(shui)等環(huan)境(jing)(jing)中(zhong)(zhong)，其SCC抗力均(jun)顯著(zhu)優于鎳(nie)基(ji)(ji)600合金(jin)和(he)304型不銹(xiu)(xiu)鋼。目前，鎳(nie)基(ji)(ji)690TT合金(jin)因出色的(de)(de)抗SCC性能，已經成為(wei)壓水(shui)堆(dui)核電站最廣(guang)泛(fan)使(shi)用(yong)的(de)(de)蒸汽(qi)發生器傳(chuan)(chuan)(chuan)熱(re)管(guan)(guan)(guan)材料(liao)(liao)。

蒸汽發生器傳熱(re)(re)(re)管(guan)服役環境(jing)為高溫高壓水(shui)環境(jing)。在(zai)二(er)回路(lu)側，腐蝕和SCC多發于傳熱(re)(re)(re)管(guan)和管(guan)板頂端區域、管(guan)板頂端表面附近的淤泥(ni)區、管(guan)支撐與傳熱(re)(re)(re)管(guan)間的傳熱(re)(re)(re)縫隙(xi)區，如(ru)下(xia)圖所示。

蒸汽發生(sheng)器中產生(sheng)傳熱縫隙(xi)的幾何(he)結(jie)構(gou)：（ａ） 管板頂(ding)端縫隙(xi)；（ｂ） 管板頂(ding)端淤(yu)泥區；（ｃ） 管支撐(cheng)

傳(chuan)(chuan)熱(re)(re)縫(feng)隙(xi)中(zhong)存在著因(yin)過(guo)程蒸發導(dao)致的(de)離(li)(li)子(zi)濃縮(suo)和沉積效應，導(dao)致Na+，K+，Ca2+，Cl-，SOx等雜質(zhi)離(li)(li)子(zi)局部(bu)濃縮(suo)富集。在傳(chuan)(chuan)熱(re)(re)管與管支撐的(de)接觸區(qu)域，傳(chuan)(chuan)熱(re)(re)縫(feng)隙(xi)內的(de)雜質(zhi)離(li)(li)子(zi)濃縮(suo)濃度(du)可以增大(da)六個(ge)數量級，形成(cheng)侵蝕(shi)性極強(qiang)的(de)局部(bu)環境(jing)。傳(chuan)(chuan)熱(re)(re)縫(feng)隙(xi)內的(de)溫度(du)、雜質(zhi)離(li)(li)子(zi)濃度(du)、電化(hua)學勢及流體性質(zhi)呈劇烈的(de)梯度(du)變化(hua)，這(zhe)極大(da)地促進了腐(fu)(fu)蝕(shi)和SCC過(guo)程。此外，在壓水堆(dui)核電站(zhan)運行過(guo)程中(zhong)添加(jia)的(de)藥劑也(ye)使得雜質(zhi)離(li)(li)子(zi)種類變得復雜多(duo)樣。例如，為了降低(di)二回(hui)路(lu)中(zhong)溶解氧(yang)（DO）含量和蒸汽發生器用合金材料的(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)電位，二回(hui)路(lu)的(de)給水通(tong)路(lu)中(zhong)通(tong)常會加(jia)入聯氨（N2H4）等藥劑。聯氨的(de)加(jia)入可使SO42-被還原成(cheng)為低(di)價S，如HS-、H2S、S4O62-和S2O32-等。

可見，傳熱(re)管服役環(huan)境復雜(za)而苛刻，極易受到局部腐蝕的影響。

傳(chuan)熱管表面劃傷致應力(li)腐蝕失(shi)效案(an)例

蒸(zheng)汽發生(sheng)器傳熱管(guan)約(yue)占(zhan)一(yi)(yi)回(hui)路(lu)邊(bian)(bian)界承壓(ya)面積的(de)80%，而現行通用的(de)傳熱管(guan)壁厚為(wei)1~1.2mm。運行經驗表明，傳熱管(guan)是一(yi)(yi)回(hui)路(lu)壓(ya)力(li)邊(bian)(bian)界處(chu)的(de)脆弱部位之一(yi)(yi)。傳熱管(guan)一(yi)(yi)旦失(shi)效，可(ke)能導致放射性(xing)物質由一(yi)(yi)回(hui)路(lu)泄(xie)漏至二回(hui)路(lu)，嚴重(zhong)時需進行停(ting)堆堵(du)管(guan)處(chu)理。

目(mu)前世界上已發生了多起由表面劃(hua)傷缺陷導致的(de)蒸汽發生器傳熱(re)管SCC失效(xiao)案(an)例(li)，其中兩個典型案(an)例(li)如下：

01 1992年(nian)McGuire2號堆的(de)蒸汽發生器傳熱管(guan)發生了泄漏事故(gu)。

對事故構(gou)件進行失效分析發(fa)現，裂紋萌生于傳(chuan)熱管(guan)自由端區(qu)域，而傳(chuan)統(tong)認(ren)為該區(qu)域不易(yi)發(fa)生SCC。相比而言，暴露于工況條件更(geng)為苛刻的(de)濃(nong)縮環境中（即傳(chuan)熱縫隙之中）的(de)管(guan)段卻未(wei)發(fa)生失效；而傳(chuan)熱管(guan)自由端的(de)表面卻發(fa)生了(le)(le)失效，且裂紋萌生于傳(chuan)熱管(guan)表面劃傷缺陷(xian)的(de)位置(zhi)，這受(shou)到(dao)了(le)(le)人(ren)們(men)的(de)廣泛關注。

02 由(you)美國Duke公司于1973年4 月(yue)投入商業運(yun)營的Oconee核電站(zhan)的1號(hao)、2號(hao)反應堆曾發生過蒸(zheng)汽(qi)發生器傳(chuan)熱管的SCC。

工作人員經(jing)過檢查，取(qu)出(chu)了7根問題傳(chuan)熱管(guan)(guan)(guan)，經(jing)分析(xi)，其(qi)中一根取(qu)自自由端的600合金(jin)傳(chuan)熱管(guan)(guan)(guan)，在表面劃(hua)(hua)傷處出(chu)現了SCC裂紋(wen)的萌生與擴展(zhan)，且其(qi)裂紋(wen)擴展(zhan)最深部已到達(da)了管(guan)(guan)(guan)壁約47%厚度處。對多根管(guan)(guan)(guan)段進行測試(shi)，結果表明(ming)裂紋(wen)大(da)都沿合金(jin)管(guan)(guan)(guan)制造和組裝過程中所形成的不同程度表面劃(hua)(hua)傷凹槽部位(wei)擴展(zhan)。對傳(chuan)熱管(guan)(guan)(guan)進行爆破測試(shi)，該管(guan)(guan)(guan)在最小的爆破壓力(li)條件下就發生了破裂。

表面劃傷(shang)缺陷對傳(chuan)熱管服役(yi)過程(cheng)中的(de)SCC抗(kang)(kang)力(li)有(you)著極大(da)的(de)影響(xiang)，理清(qing)其損傷(shang)機(ji)制(zhi)，科學(xue)地(di)評估各種條件下表面劃傷(shang)對SCC抗(kang)(kang)力(li)的(de)影響(xiang)，對于核電站的(de)安全運行具有(you)重要(yao)意(yi)義。

目前，表面劃傷致SCC失效案(an)例均出現在600合金(jin)(jin)傳熱管上。雖然現役690TT合金(jin)(jin)的(de)SCC抗力遠高(gao)于(yu)600合金(jin)(jin)的(de)，但這并(bing)不(bu)意味著690TT合金(jin)(jin)未來就不(bu)存在SCC開裂風險。

傳熱(re)(re)縫隙區(qu)工(gong)況苛(ke)刻，一(yi)旦該區(qu)域出現劃(hua)傷，其危害程度就(jiu)會大大加(jia)深，故需要通過試驗評(ping)估。此外(wai)，長期服役的傳熱(re)(re)管材料還面臨熱(re)(re)老(lao)化等(deng)因素的影(ying)響。研究表明(ming)，熱(re)(re)老(lao)化690合金的SCC敏感(gan)性會提升至(zhi)與高(gao)冷變形690合金相似的水平。

綜合這些因素，如果出現表面劃(hua)傷損(sun)傷，長期服役的690合金依(yi)然(ran)面臨SCC風險。美國等(deng)核(he)(he)電(dian)發達國家都積極開展了核(he)(he)電(dian)站延壽(shou)工作(zuo)，其中(zhong)已(yi)有部分(fen)延壽(shou)至60年以上，我國也處于核(he)(he)電(dian)延壽(shou)工作(zuo)評估流程(cheng)、標準(zhun)建立的重要時期，故研究傳熱管(guan)劃(hua)傷的影響，具有現實意義(yi)。

傳熱管(guan)表面(mian)劃傷的來源(yuan)

在(zai)生產(chan)制造、運輸(shu)及安(an)裝這三個環節，蒸汽發生器傳熱管都可(ke)能會出(chu)現表面劃傷。

#在傳熱管(guan)的生產制造(zao)環節

因(yin)設備及(ji)人為原(yuan)因(yin)誤操作，可能會給傳(chuan)熱(re)(re)管(guan)表面造成(cheng)劃(hua)傷(shang)、刻(ke)痕缺陷，這其(qi)中既可能在傳(chuan)熱(re)(re)管(guan)外表面（即二回(hui)路(lu)側(ce)）造成(cheng)表面劃(hua)傷(shang)，也(ye)可能在傳(chuan)熱(re)(re)管(guan)內(nei)表面（即一回(hui)路(lu)側(ce)）造成(cheng)劃(hua)傷(shang)。隨著制(zhi)造工藝的(de)(de)改良、加工精度的(de)(de)提高、生產人員操作水平(ping)和意識(shi)的(de)(de)增強及(ji)諸如役前渦流檢測等質量檢測手段的(de)(de)進步，在傳(chuan)熱(re)(re)管(guan)生產制(zhi)造環節出現表面劃(hua)傷(shang)問(wen)題(ti)的(de)(de)可能性已經越(yue)來越(yue)低(di)。

#在(zai)傳(chuan)熱(re)管的運輸環節

因管材搬運(yun)、長(chang)途運(yun)輸、封裝、吊運(yun)過程中(zhong)的(de)疏忽和(he)防范(fan)意識缺失，可能會(hui)在(zai)傳(chuan)熱(re)管表面造成(cheng)劃(hua)傷(shang)缺陷。人們已經(jing)認(ren)識到保護傳(chuan)熱(re)管表面狀態的(de)重(zhong)要性，加強了運(yun)輸過程中(zhong)對管材表面的(de)保護，故在(zai)傳(chuan)熱(re)管運(yun)輸環節出現表面劃(hua)傷(shang)問題的(de)可能性也越來越低。

#在傳熱管的安裝環節

穿管(guan)(guan)階段一(yi)旦操作不當(dang)，傳(chuan)熱(re)(re)管(guan)(guan)與(yu)管(guan)(guan)板間會產生(sheng)接(jie)觸式的線性相對運動(dong)，導致(zhi)傳(chuan)熱(re)(re)管(guan)(guan)外壁出(chu)現劃傷。為避免管(guan)(guan)板與(yu)傳(chuan)熱(re)(re)管(guan)(guan)之間的微(wei)小振動(dong)，避免出(chu)現傳(chuan)熱(re)(re)縫(feng)隙，減小傳(chuan)熱(re)(re)管(guan)(guan)與(yu)管(guan)(guan)板間發生(sheng)微(wei)動(dong)磨損和(he)縫(feng)隙腐(fu)蝕(shi)的可能(neng)，在(zai)核電(dian)站設計與(yu)安裝時，穿管(guan)(guan)后(hou)通常要進行液(ye)壓(ya)脹(zhang)(zhang)接(jie)。液(ye)壓(ya)脹(zhang)(zhang)接(jie)階段，一(yi)方(fang)(fang)面(mian)(mian)(mian)，芯軸要經過多次使用(yong)，其配件常出(chu)現磨損和(he)起毛邊、碎屑的現象；另一(yi)方(fang)(fang)面(mian)(mian)(mian)，液(ye)壓(ya)脹(zhang)(zhang)管(guan)(guan)前諸如封口焊等工序也會在(zai)傳(chuan)熱(re)(re)管(guan)(guan)內(nei)部形(xing)成金屬屑，帶有(you)這類(lei)問題的芯軸插入傳(chuan)熱(re)(re)管(guan)(guan)脹(zhang)(zhang)接(jie)區時，與(yu)傳(chuan)熱(re)(re)管(guan)(guan)內(nei)表面(mian)(mian)(mian)間產生(sheng)摩(mo)擦，會對內(nei)表面(mian)(mian)(mian)造成劃傷。

傳熱管(guan)表面(mian)劃(hua)傷導致(zhi)的應力腐蝕研究

研究(jiu)人員(yuan)針對蒸汽(qi)發生(sheng)器傳熱管表面劃傷導(dao)致的應(ying)力腐(fu)蝕進行了(le)各種試驗分析與研究(jiu)，得到以下結論(lun)：

表(biao)(biao)面(mian)(mian)劃(hua)傷會使(shi)材料表(biao)(biao)面(mian)(mian)和(he)距(ju)表(biao)(biao)面(mian)(mian)不同(tong)距(ju)離(li)區域(yu)產生(sheng)不同(tong)程度(du)的(de)變(bian)形(xing)，將會對(dui)傳熱管(guan)近表(biao)(biao)面(mian)(mian)造成(cheng)微觀(guan)結構梯度(du)改變(bian)，通(tong)常(chang)會促進(jin)高溫高壓水中傳熱管(guan)表(biao)(biao)面(mian)(mian)的(de)SCC裂紋萌(meng)生(sheng)和(he)擴展。

劃傷(shang)凹槽(cao)底(di)部不僅在劇烈變(bian)(bian)(bian)(bian)形(xing)(xing)層與(yu)未變(bian)(bian)(bian)(bian)形(xing)(xing)基(ji)體(ti)(ti)之間存(cun)(cun)在應(ying)變(bian)(bian)(bian)(bian)變(bian)(bian)(bian)(bian)化(hua)，而且(qie)變(bian)(bian)(bian)(bian)形(xing)(xing)層內(nei)部本身也存(cun)(cun)在應(ying)變(bian)(bian)(bian)(bian)的(de)(de)(de)梯度分布(bu)。研究表(biao)明冷變(bian)(bian)(bian)(bian)形(xing)(xing)會顯著提高鎳基(ji)合金(jin)在高溫水中(zhong)的(de)(de)(de)SCC敏感性。冷變(bian)(bian)(bian)(bian)形(xing)(xing)區域會發(fa)生硬化(hua)和(he)(he)應(ying)力集(ji)中(zhong)，同時伴隨產生大(da)量的(de)(de)(de)空位和(he)(he)位錯等(deng)晶(jing)體(ti)(ti)缺陷，從而削弱了高應(ying)變(bian)(bian)(bian)(bian)區的(de)(de)(de)抗(kang)SCC性能，在拉應(ying)力作用下更易出現SCC裂(lie)紋。此外，冷變(bian)(bian)(bian)(bian)形(xing)(xing)也會提高SCC裂(lie)紋尖端(duan)的(de)(de)(de)氧化(hua)速(su)率。出現在晶(jing)界和(he)(he)變(bian)(bian)(bian)(bian)形(xing)(xing)區的(de)(de)(de)SCC裂(lie)紋尖端(duan)陰離子擴(kuo)散加快，優先(xian)發(fa)生氧化(hua)，加速(su)腐蝕發(fa)生和(he)(he)SCC裂(lie)紋的(de)(de)(de)擴(kuo)展。

材(cai)料內(nei)部的(de)殘余(yu)應力(li)(li)會影響(xiang)SCC行為，尤其是處于近(jin)表(biao)面或微裂紋尖端(duan)附近(jin)的(de)殘余(yu)應力(li)(li)。劃傷變(bian)形區的(de)殘余(yu)應力(li)(li)分布不均，差異明顯。

材(cai)料微觀結構梯度(du)變化(hua)將對傳熱管SCC抗力產(chan)生影響。劃傷過程中產(chan)生的(de)(de)滑(hua)移帶、機(ji)械撕裂(lie)微裂(lie)紋、高度(du)變形的(de)(de)晶界、高能亞穩態晶體(ti)區域等都有利于SCC裂(lie)紋的(de)(de)萌生和擴(kuo)展(zhan)。

此外(wai)，因劃傷(shang)帶來的(de)幾何形(xing)貌(mao)改變，表面劃傷(shang)凹槽底部在SCC測(ce)試中易產生(sheng)應力集(ji)中，從(cong)而促進SCC裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)萌生(sheng)。當應力集(ji)中到(dao)一定程度(du)時，局部應力逐漸超過(guo)材料的(de)抗拉強(qiang)度(du)，就(jiu)會形(xing)成機(ji)械(xie)裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)。在外(wai)界(jie)載(zai)荷不(bu)(bu)斷增加的(de)條件下(xia)，這類機(ji)械(xie)裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)不(bu)(bu)斷張開，始終(zhong)無(wu)法達到(dao)穩定鈍(dun)化(hua)狀態，處于活(huo)化(hua)狀態的(de)裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)尖端與高溫(wen)高壓腐蝕介質持續作用。恒載(zai)時，機(ji)械(xie)裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)不(bu)(bu)再(zai)(zai)擴(kuo)展，若該(gai)機(ji)械(xie)裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)末端終(zhong)止于晶粒內部，裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)便(bian)不(bu)(bu)再(zai)(zai)保持活(huo)化(hua)狀態，繼(ji)續增大(da)外(wai)加應力，裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)就(jiu)會趨(qu)于穿晶擴(kuo)展；若該(gai)裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)終(zhong)止于晶界(jie)附近，即使在恒載(zai)作用下(xia)，裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)也會發生(sheng)沿晶擴(kuo)展。

傳熱管表面劃(hua)傷的修(xiu)復措施(shi)

在工程上，對于(yu)傳熱管(guan)(guan)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)劃(hua)(hua)(hua)傷(shang)位置(zhi)，常用的(de)(de)處(chu)理(li)(li)方(fang)法是對劃(hua)(hua)(hua)傷(shang)凹(ao)(ao)槽(cao)(cao)部(bu)位進(jin)(jin)行(xing)均勻打(da)磨(mo)，其(qi)處(chu)理(li)(li)原則為將劃(hua)(hua)(hua)傷(shang)凹(ao)(ao)槽(cao)(cao)附(fu)近(jin)的(de)(de)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)毛刺(ci)去(qu)除。對于(yu)較(jiao)深的(de)(de)劃(hua)(hua)(hua)傷(shang)凹(ao)(ao)槽(cao)(cao)，由于(yu)不(bu)能對傳熱管(guan)(guan)進(jin)(jin)行(xing)過(guo)度(du)減薄，因而(er)只將凸起部(bu)位的(de)(de)毛刺(ci)去(qu)除，以降低表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)局部(bu)異(yi)質度(du)。但經(jing)處(chu)理(li)(li)后的(de)(de)傳熱管(guan)(guan)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)劃(hua)(hua)(hua)傷(shang)位置(zhi)依(yi)然存在著(zhu)劃(hua)(hua)(hua)傷(shang)凹(ao)(ao)槽(cao)(cao)，服役(yi)時劃(hua)(hua)(hua)傷(shang)區下(xia)方(fang)仍保(bao)持著(zhu)局部(bu)變形。表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)的(de)(de)打(da)磨(mo)再處(chu)理(li)(li)會(hui)對劃(hua)(hua)(hua)傷(shang)凹(ao)(ao)槽(cao)(cao)附(fu)近(jin)的(de)(de)周圍局部(bu)組織(zhi)產(chan)生顯著(zhu)影(ying)響，進(jin)(jin)而(er)影(ying)響其(qi)腐(fu)蝕抗力，因此需(xu)要進(jin)(jin)一步通(tong)過(guo)試驗(yan)研(yan)究對其(qi)進(jin)(jin)行(xing)科(ke)學評估。

結束語

綜上所述(shu)，表面劃傷問題是影響(xiang)以核電(dian)站蒸汽發(fa)生器傳(chuan)熱(re)管為代表的金(jin)屬結構件服(fu)役壽命的一個(ge)重要因素。基于已有的研(yan)究，仍存在(zai)一些亟(ji)待(dai)解(jie)決的問題和潛在(zai)的研(yan)究方向(xiang)：

1根據表面(mian)劃(hua)傷變(bian)(bian)形(xing)模(mo)型將材料(liao)(liao)在劃(hua)傷過程(cheng)中的(de)變(bian)(bian)形(xing)行為(wei)大致分為(wei)彈塑性變(bian)(bian)形(xing)、材料(liao)(liao)斷裂和碎屑分離這(zhe)三個變(bian)(bian)形(xing)階段，取得(de)了一系列的(de)試驗驗證(zheng)結果。然而(er)劃(hua)傷是一個多(duo)種(zhong)變(bian)(bian)形(xing)形(xing)式復合的(de)過程(cheng)，影響因素多(duo)而(er)復雜。現(xian)階段對于表面(mian)劃(hua)傷變(bian)(bian)形(xing)模(mo)型、損傷機理的(de)研究，一方(fang)面(mian)多(duo)采(cai)用有限元模(mo)擬(ni)方(fang)法而(er)缺(que)少試驗驗證(zheng)；另一方(fang)面(mian)缺(que)少金屬的(de)晶粒與壓頭(tou)間接觸(chu)的(de)相互(hu)作用模(mo)擬(ni)及后續試驗驗證(zheng)。

2對(dui)于不(bu)同(tong)(tong)幾何參數、不(bu)同(tong)(tong)劃(hua)(hua)傷(shang)(shang)速率及(ji)不(bu)同(tong)(tong)載荷作(zuo)用下(xia)(xia)的劃(hua)(hua)傷(shang)(shang)，尚缺乏對(dui)劃(hua)(hua)傷(shang)(shang)影(ying)響區進(jin)行較為系統的微觀(guan)結構(gou)分析表征(zheng)，定量描述劃(hua)(hua)傷(shang)(shang)損傷(shang)(shang)程度(du)的方式也較為簡化(hua)。在今(jin)后的研究中(zhong)，需要對(dui)不(bu)同(tong)(tong)變(bian)形參數下(xia)(xia)劃(hua)(hua)傷(shang)(shang)影(ying)響區產生的微觀(guan)結構(gou)梯度(du)變(bian)化(hua)、局部力(li)學性能(neng)變(bian)化(hua)、殘(can)余應(ying)力(li)／應(ying)變(bian)分布(bu)等的影(ying)響進(jin)行研究。

此外，應從三方(fang)面(mian)優化劃(hua)(hua)傷(shang)損(sun)傷(shang)程度定量方(fang)式：第一，引入諸如(ru)劃(hua)(hua)傷(shang)凹(ao)槽(cao)深寬比、兩側塑性剝離堆積(ji)截面(mian)積(ji)等參量對(dui)劃(hua)(hua)傷(shang)凹(ao)槽(cao)的(de)(de)幾何參數進(jin)(jin)行(xing)(xing)描(miao)述(shu)；第二，研究中應注重對(dui)劃(hua)(hua)傷(shang)速(su)率進(jin)(jin)行(xing)(xing)定量描(miao)述(shu)；第三，從諸如(ru)梯(ti)度材料的(de)(de)分層、殘(can)余應變的(de)(de)分布、硬度的(de)(de)分布等微(wei)觀結(jie)構組織角度進(jin)(jin)行(xing)(xing)描(miao)述(shu)。增強對(dui)金屬表面(mian)劃(hua)(hua)傷(shang)的(de)(de)變形(xing)行(xing)(xing)為和損(sun)傷(shang)特點的(de)(de)認識。

3SCC由(you)材(cai)(cai)(cai)料、應力、環境(jing)三方(fang)面(mian)(mian)因素共同決(jue)定。表(biao)面(mian)(mian)劃(hua)傷(shang)(shang)帶(dai)來(lai)的(de)(de)(de)微(wei)觀結構(gou)梯度(du)、微(wei)區(qu)(qu)應力集中損傷(shang)(shang)、材(cai)(cai)(cai)料局部(bu)缺陷極大地影(ying)響(xiang)(xiang)了(le)帶(dai)有(you)表(biao)面(mian)(mian)劃(hua)傷(shang)(shang)的(de)(de)(de)金屬(shu)材(cai)(cai)(cai)料的(de)(de)(de)SCC抗力，但其具體作用機制尚不清晰(xi)。在(zai)材(cai)(cai)(cai)料方(fang)面(mian)(mian)，劃(hua)傷(shang)(shang)引發(fa)材(cai)(cai)(cai)料近表(biao)面(mian)(mian)產(chan)生宏(hong)觀撕裂微(wei)裂紋和變形(xing)影(ying)響(xiang)(xiang)區(qu)(qu)，內部(bu)具有(you)大量(liang)(liang)亞(ya)穩(wen)態(tai)微(wei)觀晶(jing)體缺陷、晶(jing)界扭曲(qu)；應力方(fang)面(mian)(mian)，劃(hua)傷(shang)(shang)造成嚴(yan)重的(de)(de)(de)微(wei)區(qu)(qu)應力集中；環境(jing)方(fang)面(mian)(mian)，水(shui)化(hua)學(xue)（如(ru)溶(rong)解氧、溶(rong)解氫(qing)、pH、雜質離子等）、溫度(du)、壓強等條(tiao)件都會影(ying)響(xiang)(xiang)腐蝕過(guo)程。由(you)此(ci)，針(zhen)對(dui)以(yi)(yi)上影(ying)響(xiang)(xiang)因素分別開展腐蝕測試試驗，嚴(yan)格控制變量(liang)(liang)，以(yi)(yi)此(ci)衡(heng)量(liang)(liang)不同影(ying)響(xiang)(xiang)因素對(dui)SCC的(de)(de)(de)貢獻(xian)，建立多因素耦合的(de)(de)(de)數值(zhi)評估模型，闡明帶(dai)有(you)表(biao)面(mian)(mian)劃(hua)傷(shang)(shang)的(de)(de)(de)金屬(shu)材(cai)(cai)(cai)料的(de)(de)(de)SCC機制，具有(you)重要的(de)(de)(de)科學(xue)意義。

4表(biao)(biao)面(mian)(mian)劃(hua)(hua)傷(shang)問題影響(xiang)著蒸汽(qi)發生器傳(chuan)熱(re)管(guan)(guan)服(fu)役性(xing)能(neng)和核(he)電站(zhan)安全運行(xing)，劃(hua)(hua)傷(shang)誘發的(de)(de)傳(chuan)熱(re)管(guan)(guan)SCC失效，已引起核(he)電行(xing)業的(de)(de)重(zhong)視，但相關研究(jiu)仍(reng)不(bu)(bu)成熟。工程現場(chang)的(de)(de)劃(hua)(hua)傷(shang)因其(qi)來源和尺(chi)寸紛繁復雜，例(li)如，對(dui)于(yu)不(bu)(bu)同(tong)管(guan)(guan)子支撐板孔，尤(you)其(qi)是梅花管(guan)(guan)孔在其(qi)不(bu)(bu)同(tong)尺(chi)寸公差下所形成的(de)(de)表(biao)(biao)面(mian)(mian)劃(hua)(hua)傷(shang)及其(qi)他各(ge)類人為因素導(dao)致的(de)(de)穿管(guan)(guan)表(biao)(biao)面(mian)(mian)劃(hua)(hua)傷(shang)，脹管(guan)(guan)表(biao)(biao)面(mian)(mian)劃(hua)(hua)傷(shang)等(deng)情(qing)形缺乏系(xi)統調研。對(dui)傳(chuan)熱(re)管(guan)(guan)各(ge)類表(biao)(biao)面(mian)(mian)劃(hua)(hua)傷(shang)程度展開系(xi)統調研，建立不(bu)(bu)同(tong)類型(xing)、不(bu)(bu)同(tong)尺(chi)寸公差的(de)(de)傳(chuan)熱(re)管(guan)(guan)支撐結構(gou)的(de)(de)表(biao)(biao)面(mian)(mian)劃(hua)(hua)傷(shang)模(mo)型(xing)，具有重(zhong)要(yao)的(de)(de)工程意(yi)義。

5目(mu)前，690合(he)金傳(chuan)熱(re)管表面(mian)劃(hua)傷(shang)的(de)(de)(de)安全閾(yu)值在國際范圍內沒(mei)有統一的(de)(de)(de)結論。究竟什(shen)么尺(chi)寸的(de)(de)(de)表面(mian)劃(hua)傷(shang)是工程應用中可(ke)以接(jie)受(shou)的(de)(de)(de)？這需(xu)要對不(bu)同尺(chi)寸的(de)(de)(de)劃(hua)傷(shang)進行高溫高壓水環境腐蝕試驗。另一方(fang)面(mian)，針對傳(chuan)熱(re)管表面(mian)不(bu)同尺(chi)寸的(de)(de)(de)劃(hua)傷(shang)缺陷，提出適當的(de)(de)(de)修復手段(duan)和方(fang)法(fa)，并對修復工藝進行有效評估，從而為蒸(zheng)汽發生(sheng)器的(de)(de)(de)制造提供(gong)指導意見，同樣(yang)具有重要的(de)(de)(de)工程意義。