核電廠金屬材料高溫高壓水中電偶腐蝕測試試驗方法編制說明.docx

1、核學(xué)會團體標準核電廠金屬材料高溫高壓水中電偶腐蝕測試試驗方法編制說明（征求意見稿/送審稿/報批稿）標準編制組2019年10月一、任務(wù)來源及計劃要求本部分制訂任務(wù)由中國核學(xué)會文件(中核學(xué)發(fā)201754號)下達，項目編號 為：HTB2017004,項目計劃周期為2018年9月至2019年12月。本項目由中國科學(xué)院金屬研究所牽頭主編，核工業(yè)標準化研究所、中國核動 力研究設(shè)計院、上海交通大學(xué)、國家電投集團科學(xué)技術(shù)研究院為參編單位。二、標準編制組組成本標準編制組成員情況詳見表lo表1:標準編制組成員名單序號姓名單位職務(wù)/職稱負責(zé)編寫內(nèi)容1韓恩厚中國科學(xué)院金屬研究所研究員審定全文2王儉秋中國科學(xué)院金屬研究

2、所研究員審核全文3酈曉慧中國科學(xué)院金屬研究所博士校核全文4王家貞中國科學(xué)院金屬研究所博士校核全文5李毅豐中國科學(xué)院金屬研究所博士生校核全文6張志明中國科學(xué)院金屬研究所副研究員編制全文7張宏偉核工業(yè)標準化研究所工程師校核全文8910三、編制過程3.1總體過程本標準的制定過程主要分為前期準備、初稿編寫階段、征求意見稿編寫階段。3.2前期準備(2018年6月-2018年12月)主要任務(wù)是成立標準編制小組，分解工作任務(wù)、文件收集和調(diào)研分析、明確 標準編制的進度控制。在前期準備階段成立標準編制小組和明確工作任務(wù)后，首先消化吸收中國科 學(xué)院金屬研究所編制的相關(guān)技術(shù)條件；收集了國標(GB)、能源標準(NB)

3、和 美國材料與試驗協(xié)會（ASTM）有關(guān)的檢測、檢驗標準，并對上述所有標準進行 了研究和分析，確立編制標準的構(gòu)架以及技術(shù)內(nèi)容。根據(jù)核電標準體系研究的前期工作分析結(jié)果，確定了本標準編制的進度安排。3.3初稿編寫（2019年1月-2019年5月）在上述調(diào)研分析的基礎(chǔ)上同時結(jié)合國內(nèi)實際情況，起草了本標準的初稿。3.4征求意見稿編寫（2019年5月-2019年10月）在初稿完成后，在具體章節(jié)編寫過程中，對于標準內(nèi)容的定位和合理安排問 題主編單位向各參編單位征求了相關(guān)意見。并對反饋意見主編單位內(nèi)部進行多次 反復(fù)討論和修改，最終形成本標準征求意見稿。標準征求意見稿編制期間主要工 作如下：2017年5月24日

4、，主編單位中國科學(xué)院金屬研究所針對編制初稿向標準編 制組成員單位征求內(nèi)部意見；2016年6月15日收到編制組成員單位反饋的對標 準的編制意見。2017年6月26日，中國科學(xué)院金屬研究所組織全體編制組成員在沈陽對標 準初稿進行討論并重點對所征求的內(nèi)部意見逐條進行了討論，對各條意見予以認 真回復(fù)和完善，并形成了最終匯總的意見。6月30日在匯總意見的基礎(chǔ)上完成 了征求意見稿。2017年9月26日，由秘書處組織進行了征求意見。共征得41條意見。經(jīng) 組內(nèi)成員的充分討論，采納28個，部分采納11個，未采納2個，修改后完成后 形成標準送審稿。3.5報批稿編寫（2019年11月-2020年1月）2018年1月

5、20日21日，受中國核學(xué)會的委托，核工業(yè)標準化研究所在廈 門組織召開了中國核學(xué)會團體標準審查會，對本標準送審稿進行了審查，來自中 國核學(xué)會、清華大學(xué)、環(huán)境保護部核與輻射安全中心、中國科學(xué)院、中國核動力 研究設(shè)計院、上海核工程研究設(shè)計院有限公司、上海大學(xué)、國核電站運行服務(wù)技 術(shù)有限公司、上海材料研究所、蘇州熱工研究院、中國原子能科學(xué)研究院、核動 力運行研究所、中國科學(xué)院金屬研究所以及核工業(yè)標準化研究所等14家單位的 21位專家及編制組成員參加了會議，會議對本標準送審稿提出意見9個。其中 編制組采納48個，部分采納1個，修改完成后形成標準報批稿。經(jīng)專家組審議 后，一致通過本標準報批稿。四、相關(guān)標準

6、現(xiàn)狀分析4.1我國相關(guān)標準現(xiàn)狀分析針對金屬材料在常規(guī)條件下（常溫常壓）的腐蝕行為，國家標準GB/T 10123-2001金屬和合金的腐蝕基本術(shù)語和定義采用了國際標準ISO 8044： 1999中的相關(guān)學(xué)術(shù)用語定義，給出了現(xiàn)代科學(xué)和技術(shù)領(lǐng)域中廣泛使用的金屬腐 蝕的一般術(shù)語、腐蝕類型術(shù)語、腐蝕保護術(shù)語、腐蝕試驗術(shù)語和電化學(xué)術(shù)語； 國家標準GB/T 24196-2009金屬和合金的腐蝕電化學(xué)試驗方法恒電位和動電 位極化測量導(dǎo)則采用了國際標準ISO 17475： 2005中的恒電位、動電位極化測 量的基本導(dǎo)則，給出了金屬材料恒電位和動電位極化測量方法的準則，該標準適 用于表征陽極和陰極反應(yīng)的電化學(xué)動力

7、學(xué)特征，局部腐蝕開始和金屬再鈍化行為。 國家標準GB/T 157482013船用金屬材料電偶腐蝕試驗方法給出了船用金 屬材料電偶腐蝕試驗的制樣制備、試驗儀器、試驗條件、試驗步驟及試驗結(jié)果等 的評定方法，適用于實驗室條件下兩種不同船用金屬在人造海水、天然海水或 3.5%的氯化鈉溶液中電連接狀態(tài)下電偶腐蝕試驗，對于海洋工程和其它工業(yè)設(shè)備 用金屬材料電偶腐蝕試驗和現(xiàn)場條件下的電偶腐蝕試驗也可參照使用。航空工業(yè) 部部標準HB 53741987不同金屬電偶電流測定方法給出了不同金屬（金 屬及其合金、金屬鍍層及涂層、金屬表面上的無機膜層）的電偶腐蝕敏感性評定 方法，金屬與碳纖維-環(huán)氧復(fù)合材料的電偶腐蝕敏感

8、性評定可參照本標準。綜上所述，目前國內(nèi)金屬材料電偶腐蝕測試相關(guān)測試標準，大部分適用于金 屬材料在常溫常壓水溶液條件，沒有相關(guān)標準規(guī)定高溫高壓水中的電偶腐蝕測試 準則。由于高溫高壓水環(huán)境異?？量?，實際的高溫電化學(xué)試驗經(jīng)驗表明，從工作 電極的連接到參比電極的選擇，高溫高壓水中的電偶腐蝕測試與常規(guī)電偶腐蝕測 試有顯著區(qū)別。此外，還要面臨加熱加壓的實現(xiàn)、試驗溶液循環(huán)、高溫高壓設(shè)備 密封等一系列高溫高壓水電化學(xué)中特有的問題，現(xiàn)有試驗標準均難以覆蓋。因此， 有必要編制核用水堆材料在高溫高壓水中電偶腐蝕測試試驗方法，指導(dǎo)開展金屬 材料在高溫高壓水中電偶腐蝕測試。4.2國外相關(guān)標準現(xiàn)狀分析針對金屬材料在常規(guī)條

9、件下（常溫常壓）的腐蝕研究，ASTM標準ASTM G3-14 Standard Practice for Conventions Applicable to Electrochemical Measurements in Corrosion Testing)規(guī)定了電化學(xué)腐蝕數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)形式，定義了 電勢、電流密度、電化學(xué)阻抗等基本概念；標準 USTM G5-14 Reference Test Method for Making Potentiodynamic Anodic Polarization Measurements規(guī)定了動 電位極化曲線測量的試驗參數(shù)及流程；標準 USTM G31-72

10、Standard Practice for Lab Immersion Corrosion Testing of Metals規(guī)定了金屬材料在實驗室中進行浸泡 實驗的試樣標準、試驗參數(shù)、測試條件及失重評價方法；標準ASTM G61-86 Standard Test Method for Conducting Cyclic Potentiodynamic Polarization Measurements for Localized Corrosion Susceptibility of Iron-, Nickel-, or Cobalt-Based Alloys)針對鐵基、鐐基和鉆基合金的局部

11、腐蝕(點蝕和縫隙腐蝕) 敏感性規(guī)定了動電位循環(huán)極化的試驗準則。標準USTM G8298(2014) Standard Guide for Development and Use of a Galvanic Series for Predicting Galvanic Corrosion Performance給出了依據(jù)腐蝕電位的電位序進行電偶腐蝕傾向性的判 斷。標準ASTM STP978-EB.23081988 Galvanic Corrosion介紹了電偶腐蝕 的基礎(chǔ)理論、計算機模擬與預(yù)測、測試與控制方法、環(huán)境條件對電偶腐蝕的影響 以及工業(yè)界典型的電偶腐蝕案例等相關(guān)內(nèi)容。上述國外標準均是針對

12、金屬材料在常溫(低溫)常壓中的電偶腐蝕測試，難 以涵蓋高溫高壓水環(huán)境中的電偶腐蝕研究工作，缺乏高溫高壓水環(huán)境中的電偶腐 蝕測試的詳細步驟或流程。五、標準制訂背景2014年11月國務(wù)院辦公廳印發(fā)能源發(fā)展戰(zhàn)略行動計劃(2014-2020年)， 該計劃指出在采用國際最高安全標準、確保安全的前提下，適時在東部沿海地區(qū) 啟動新的核電項目建設(shè)，研究論證內(nèi)陸核電建設(shè)。堅持引進消化吸收再創(chuàng)新，重 點推進API000. CAP1400、高溫氣冷堆、快堆及后處理技術(shù)攻關(guān)。加快國內(nèi)自 主技術(shù)工程驗證，重點建設(shè)大型先進壓水堆、高溫氣冷堆重大專項示范工程。到 2020年，核電裝機容量達到5800萬千瓦，在建容量達到30

13、00萬千瓦以上?？?以看出，國家政策層面對于核電的發(fā)展給予了充分支持。根據(jù)國際原子能機構(gòu)(IAEA)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，截止2017年8月，中國大陸地 區(qū)運營核電機組37座，數(shù)量僅次于美、法、日三國，位居全球第4位，總裝機 容量32384MW；在建機組20座，約占全球在建機組數(shù)量的1/3,在建規(guī)模位居 全球第1位，在建機組容量20500MW。因此，無論是運營數(shù)量還是在建規(guī)模， 我國已成為名副其實的核電大國。目前，我國正在大力發(fā)展核電，而核電安全問題尤其重要。在核電站現(xiàn)場, 不同部位的構(gòu)件對材料的力學(xué)性能和腐蝕性能要求不同，而采用不同的材料，在 這些部位連接的地方，不可避免的就存在異種金屬連接。此外，在

14、核島以及常規(guī) 島內(nèi)部，還存在大量的異種金屬焊接部位，如鐐基合金和不銹鋼的焊接，不銹鋼 和低碳鋼之間的焊接等。核電關(guān)鍵設(shè)備的服役環(huán)境為異?？量痰母邷馗邏核?，在 腐蝕環(huán)境中，不同金屬的自腐蝕電位或開路電位不同，導(dǎo)致相連接的2種金屬之 間存在電位差，就會發(fā)生電偶腐蝕。因而反應(yīng)堆材料在高溫高壓水中的電偶腐蝕 的腐蝕，是導(dǎo)致核電關(guān)鍵設(shè)備失效的主要潛在形式之一，在核電站安全設(shè)計、運 行、檢修、安全評估和壽命管理等方面至關(guān)重要。核電運行經(jīng)驗以及研究均表明， 高溫高壓水環(huán)境可能顯著降低核電關(guān)鍵材料的服役壽命。為此，美國核管會要求 新建核電站安全設(shè)計必須充分考慮高溫高壓水環(huán)境因素的影響。然而，我國國產(chǎn)核電結(jié)構(gòu)材

15、料高溫高壓水中電偶腐蝕的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)積累較少, 亟需開展相關(guān)研究。高溫高壓水中水化學(xué)條件復(fù)雜，開展高溫高壓水中電偶腐蝕 測試對試驗裝置與試操作等要求高。然而，目前國內(nèi)外金屬材料電偶腐蝕測試相 關(guān)標準大部分是針對常溫及常規(guī)腐蝕環(huán)境中的測試，難以指導(dǎo)開展高溫高壓水中 電偶腐蝕測試試驗。因此，有必要編制高溫高壓水中中電偶腐蝕測試試驗方法, 指導(dǎo)開展核用水堆金屬材料在高溫高壓水中電偶腐蝕性能測試。六、主要技術(shù)內(nèi)容說明在本標準編寫過程中，參考了國家標準GB/T 10123-2001金屬和合金的腐 蝕基本術(shù)語和定義、GB/T 24196-2009金屬和合金的腐蝕電化學(xué)試驗方法 恒電位和動電位極化測量導(dǎo)則、GB

16、/T 157482013船用金屬材料電偶腐蝕 試驗方法、航空工業(yè)部部標準HB 53741987不同金屬電偶電流測定方法 以及 ASTM 標準ASTM G3-14 Standard Practice for Conventions Applicable to Electrochemical Measurements in Corrosion Testing、ASTM G5-14 Reference Test Method for Making Potentiodynamic Anodic Polarization Measurements、ASTM G31-72 Standard Practic

17、e for Lab Immersion Corrosion Testing of Metals和ASTM G61-86 Standard Test Method for Conducting Cyclic Potentiodynamic Polarization Measurements for Localized Corrosion Susceptibility of Iron-, Nickel-, or Cobalt-Based Alloys、ASTM G82一98(2014) Standard Guide for Development and Use of a Galvanic Ser

18、ies for Predicting Galvanic Corrosion Performance和ASTM STP978-EB.23081988 Galvanic Corrosion中關(guān)于電化學(xué)試驗以及電 偶腐蝕測試的相關(guān)規(guī)定，同時也參考了中國科學(xué)院金屬研究所編制的核用水堆材 料在高溫高壓水中電化學(xué)試驗以及電偶腐蝕測試方法的技術(shù)文件，并結(jié)合中國科 學(xué)院金屬研究所以及國外相關(guān)研究機構(gòu)關(guān)于高溫高壓水電化學(xué)試驗以及電偶腐 蝕試驗的實施經(jīng)驗而制定。具體技術(shù)內(nèi)容說明如下。(1) 由于高溫電化學(xué)試驗的特殊性，工作電極樣品不進行任何形式的封裝, 裸金屬表面直接參與試驗，須精確控制樣品尺寸及其表面粗糙度。(

19、2) 為保證電化學(xué)試驗數(shù)據(jù)的有效性，一般每個試驗點需重復(fù)3次。(3) 為方便試樣在高溫高壓水環(huán)境中電化學(xué)信號的引出，推薦采用與樣品材 質(zhì)相同或近似的金屬絲作導(dǎo)線，表面熱縮聚四氟乙烯管絕緣，通過點焊 的方式與試樣連接，推薦點焊位置為試樣側(cè)面。(4) 為實時控制、監(jiān)測高溫高壓水溶液的水化學(xué)參數(shù)，高溫高壓水中電化學(xué) 試驗裝置必須配置循環(huán)水回路，主要包括儲水罐、循環(huán)泵、高壓泵、換 熱器、預(yù)熱器、冷凝器、背壓閥、離子交換樹脂等。儲水罐的出水口通 過管路連接循環(huán)泵，循環(huán)泵的出口分別通過管路連接水化學(xué)監(jiān)測回路和 高溫高壓水回路。水化學(xué)監(jiān)測回路上有電導(dǎo)率探頭、溶解氧探頭、pH 探頭、離子交換樹脂等，之后返回儲

20、水罐。高溫高壓水回路設(shè)有高壓泵、 換熱器、試樣臺、高壓釜、冷凝器、背壓閥等，管路的出口連接儲水罐。(5) 為保證能夠模擬典型輕水堆核電站服役循環(huán)水環(huán)境，規(guī)定高壓釜能夠在 280-325°C.8-16.5 MPa高溫高壓水環(huán)境下，保持穩(wěn)定密封并能長期運行。(6) 為保證試驗環(huán)境的關(guān)鍵水化學(xué)參數(shù)，需實時精確監(jiān)測、控制循環(huán)水中的 溶解氧含量。(7) 為保證外置式參比電極工作穩(wěn)定性，應(yīng)定期更換其中的電解質(zhì)溶液并校 正其電位，推薦更換周期為2周。(8) 為保證高溫高壓水中電化學(xué)試驗的成功率，應(yīng)在裝樣完成加壓完畢后進 行絕緣性檢測，確保樣品與高壓釜體絕緣。(9) 為保證高壓釜內(nèi)高溫高壓水的水化學(xué)

21、參數(shù)，規(guī)定循環(huán)水流速應(yīng)能夠保證 高壓釜內(nèi)水每小時更換1次。(10) 為確保順利、安全、有效開展高溫高壓水中電化學(xué)試驗，規(guī)定操作人員 應(yīng)嚴格按照操作規(guī)程開展試驗。(11) 為保證試驗安全，規(guī)定高溫高壓水中電化學(xué)試驗裝置能夠在出水溫度過 高時自動報警并關(guān)閉系統(tǒng)；在高壓釜入口處安裝爆破閥，使高壓釜內(nèi)壓 力由于故障升高時，進行爆破泄壓；高壓釜內(nèi)溫度過高時自動報警并關(guān) 閉系統(tǒng)；高壓釜、預(yù)熱器、換熱器等部件泄漏時，能夠自動報警并關(guān)閉 系統(tǒng)；冷卻水斷流時能夠自動報警。(12) 為保證試驗裝置的穩(wěn)定性與可靠性，應(yīng)按照相關(guān)規(guī)定定期對電化學(xué)工作 站、高壓釜熱電偶、預(yù)熱器熱電偶、溶解氧探頭、溶解氫探頭、壓力傳 感器等進行準確度校正。七、重大問題的處理經(jīng)過和依據(jù)無八、參考資料清單HB 53741987不同金屬電偶電流測定方法GB/T 10123-2001金屬和合金