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压水堆（PWR）核电站反应堆压力容器低合金钢筒体内侧堆焊不锈钢,一般是在低合金钢母材上先堆焊一层309L不锈钢,然后再堆焊一层308L不锈钢。不锈钢堆焊层与一回路高温水接触,其服役性能比如应力腐蚀开裂（SCC）性能对压力容器结构完整性至关重要。本论文主要通过显微硬度仪、光学显微镜、扫描电子显微镜、电子背散射衍射、电子探针分析仪、聚焦离子束和透射电子显微镜表征了低合金钢A508Ⅲ-309L/308L不锈钢堆焊层的微结构。采用浸泡试验、慢应变速率试验和紧凑拉伸试样应力腐蚀裂纹扩展试验,研究了309L和308L不锈钢堆焊层在模拟PWR一回路水中的氧化膜特性和应力腐蚀开裂行为。研究了表面处理状态和一回路水温度对308L不锈钢堆焊层氧化膜特性的影响,以及电化学预充氢对308L不锈钢和316L不锈钢局部氧化和应力腐蚀开裂敏感性的影响。得出的主要结论如下:1.不锈钢堆焊层由靠近熔合界面（FB）的细晶粒区和柱状晶组成。309L的晶粒小于308L,且309L的晶粒取向差比308L高。309L侧靠近FB存在板条状马氏体层及类型I和类型II晶界。309L堆焊层的显微硬度、夹杂物的数量及尺寸都高于308L。309L堆焊层存在焊接稀释且δ-铁素体含量显著低于308L。在正常PWR一回路水（含溶解氢）中,308L的抗氧化能力和抗应力腐蚀开裂能力均高于309L,这归因于308L中存在Cr含量较高且网络状连接的δ-铁素体相的作用,同时309L中的类型I和类型II晶界、成分稀释和δ-铁素体含量较低也会降低309L堆焊层的抗应力腐蚀开裂能力。2.在PWR一回路水浸泡后:309L表面形成的内层氧化膜相比308L表面内层氧化膜较厚且多孔,导致其抗氧化性比308L差。Cr元素稀释和较低的δ-铁素体含量降低了309L的抗氧化性,从而使得309L基体/氧化物界面的下方出现局部氧化凹陷。在325℃和350℃PWR一回路水中,309L堆焊层的应力腐蚀裂纹扩展速率（CGR）均高于308L堆焊层:308L中网状的δ-铁素体能减缓初始氧化速率并使主裂纹产生分支从而阻碍裂纹扩展,导致较低的应力腐蚀裂纹扩展速率;309L上多孔的内层氧化膜以及与金属基体界面的局部氧化凹陷会促进其应力腐蚀开裂扩展。3.在PWR一回路水中,砂纸打磨处理的308L表面与比机械抛光的表面具有更高的抗氧化性。打磨处理产生的细晶层具有高密度的位错和亚晶界会增大Cr向外扩散通量从而形成初始致密的保护性氧化膜。特殊的晶格结构和高Cr含量的δ-铁素体在310oC和325 oC下表现出比γ-奥氏体更高的氧化抗性,而在350 oC下相界附近奥氏体和δ-铁素体的氧化抗性没有明显区别,这主要源于热激活加速Cr在δ-铁素体中的自扩散速率。δ-铁素体对相界附近的奥氏体晶粒表面氧化的抑制作用随着温度的升高变得更加显著,主要表现为δ-铁素体影响氧化区随试验温度升高变宽。4.测试和对比了309L和308L在325℃下除氧水和含氧高温水中的应力腐蚀开裂性能。308L在除氧水中慢应变速率试验后,断口无明显应力腐蚀开裂迹象,而309L的断口出现局部应力腐蚀开裂特征。在含0.2 ppm（wt.）溶解氧的高温水中慢应变速率试验得到的308L试样的断口无明显SCC迹象,而309L试样的断口为穿晶+沿晶开裂特征。在8 ppm（wt.）溶解氧的高温水中慢应变速率试验后,308L试样的断口主要为韧窝状韧性开裂特征,局部区域出现解理状穿晶裂纹;309L试样整个断口呈现出明显的沿枝晶开裂特征。308L和309L的SCC敏感性均随高温水中溶解氧浓度升高而增大。同样环境介质中,采用308L紧凑拉伸试样进行恒载荷加载,裂纹扩展试验结果显示出比慢应变速率试验结果更高的应力腐蚀开裂敏感性;加载模式对308L在含氧水中的开裂模式有较大影响,而对309L的开裂模式无显著影响。5.预充氢增大了308L堆焊层在除氧的高温水中的氧化速率,表现为充氢试样表面形成较厚的氧化膜。氢加速铁向外扩散从而形成大颗粒的富铁的氧化物。氢加速δ-铁素体氧化、晶界优先氧化及相界渗透氧化。慢应变速率试验结果表明:预先充入308L堆焊层的氢会使屈服强度增加,使抗拉强度和断裂延伸率降低,导致应力腐蚀开裂敏感性显著增加,表现为断裂面边缘出现明显的沿晶应力腐蚀开裂特征。308L堆焊层中的氢促进其所含δ-铁素体在除氧高温水中的局部氧化凹陷,加之氢对晶界的脆化作用,均会增大应力腐蚀开裂敏感性。6.研究了预充氢对固溶态和冷加工态316L不锈钢在除氧高温水中局部氧化行为和应力腐蚀开裂敏感性的影响。氢增大铁的向外扩散速率,导致在外层形成铁含量高的大颗粒氧化物,并使内层氧化物/金属的界面下方出现局部氧化凹陷;预形变冷加工增大316L在高温水中的氧化速率;氢和冷加工协同作用显著加速316L氧化;氢使SA316L和CW316L试样的应力腐蚀开裂敏感性增大,与观察到的氢增大308L应力腐蚀开裂敏感性的现象相一致。充氢的试样在较低的应变速率下,表现出较高的SCC敏感性。