1. 中国原子能科学研究院，北京 102413

2. 中国科学院金属研究所，沈阳 100016

关键词：超临界水氧化，GH4169合金，腐蚀速率，应力腐蚀开裂

DOI：10.11868/j.issn.1001-4381.2024.000346

研究背景

超临界水氧化法是处理有毒有害难溶废弃物最有效的方法之一，在环境治理、核废料处理、有毒化学物质治理中的应用较多。超临界水氧化技术指在水的超临界状态下（温度≥374.3 ℃，压力≥22.1 MPa），有机物与水完全互溶并且与氧化剂形成均一相，使有机物快速地发生氧化反应，生成CO₂、H₂O以及无机盐等，具有反应速率高、破坏率高、反应充分等优点。该技术的高温高压、高腐蚀性等工况特点对反应器材料提出了较高的要求，应用材料主要包括不锈钢和镍基高温合金等，镍基合金表面形成的富含Cr₂O₃的保护膜使其耐蚀性作用显著，并且镍基合金的高温力学性能突出。超临界水反应下材料的组织性能研究大多在实验室运行，样品小、反应时间短（一般几十至几百小时），对实际工况下反应器本体、焊接接头等位置的组织性能演变反应不够明确，难以评价影响材料服役寿命的关键参数。

本工作以服役2000 h的GH4169超临界反应器内筒组件为研究对象，通过组织成分表征研究材料的腐蚀、断裂等行为并分析其形成机制，通过力学性能检验、腐蚀速率测算、应力腐蚀断裂模型等评估其残余寿命，并为超临界设备的改进提供参考。

创新性

超临界水反应器的寿命评估可以确保设备在安全周期内运行，减小危害废料泄露，但反应器面临着高温、高压、高腐蚀性的复杂运行工况，其失效形式较多。本研究提出综合材料的均匀腐蚀、应力腐蚀裂纹扩展、力学性能衰减行为等评价反应器残余寿命的方法，为反应器寿命评估提供理论依据和数据支撑。

研究结果

团队介绍

中国原子能科学研究院安全所环保工程研究室团队长期深耕核三废处理与核环境安全领域，团队由10余名高级职称专家领衔，汇聚清华等顶尖高校硕博人才，近五年承担24项国家级/省部级纵向项目及12个业主单位横向合作，构建了“基础研究-技术攻关-装备研制-工程应用”全链条能力。在技术层面，团队突破传统核废液处理局限，十年磨一剑攻克超临界水氧化技术难题，通过原理机、科研机、工程机（2021-2026，处理反应堆废树脂等，TRL9）阶梯式研发，最终实现放射性有机物无机化率超99.9%、连续稳定运行，获10项国家专利、2项国际专利，技术成熟度达工程应用水平。

中国科学院金属研究所特种耐蚀高温合金与制备技术团队由8名高级职称专家及多名硕博研究生组成，重点聚焦特种耐蚀高温合金的研发与应用、新型镁铝铜合金的凝固成形与研发、多物理场材料制备、新型纳米氧化物弥散强化钢研发等研究，已承担国家重点研发计划专项课题、科技支撑项目课题、国家自然科学基金重大项目课题、中科院重大项目等30余项，发表论文400余篇，获省部级科技进步奖3项。研发成果在中国核电工程有限公司、中国铝业集团有限公司、江西铜业集团有限公司等多家企业推广应用。团队攻克首台国产化陶瓷电熔炉用特种耐蚀电极的研发制造，解决了高放废液陶瓷电熔炉电极制造关键技术难题，填补了该领域国内电极材料与制造工艺空白。