超超临界电站候选材料环境加速断裂行为

发布时间：2020-05-12 13:44

【摘要】：材料在应力和腐蚀环境共同作用下引起材料力学性能的下降,发生过早脆性断裂的现象称为环境加速断裂。环境和应力共同作用下材料发生的破坏,常比它们的单独作用或二者的叠加更为严重,因为环境与应力的协同作用可以相互促进,加速材料的破坏。通过开展一系列实验来评价候选材料在火电站或核电站高温高压水蒸汽环境中的适用性。主要开展了电站候选材料的腐蚀开裂行为和腐蚀疲劳行为试验研究。完成了奥氏体不锈钢TP347HFG在超临界水环境中的应力腐蚀开裂行为研究,完成了镍基合金Inconel 617在应力腐蚀开裂和腐蚀疲劳行为测试。在溶解氧为10-8000ppb的水蒸气、空气和水蒸气交替环境、600-650℃的超临界水环境下,对TP347HFG奥氏体钢进行了应力腐蚀开裂试验,在测试中使用恒定应力强度因子法和直流电位差技术来评价超超临界电站中的过热器和再热器锅炉管材料在服役环境条件下的环境敏感断裂特性。实验结果表明,裂纹扩展速率(CGR)随温度和溶解氧含量增加而单调增加。超临界水中的CGR高于高温蒸汽中的CGR,表明水蒸气环境压力和超临界水物性对裂纹扩展有显著的影响。不同实验环境下CGR的变化表明环境介质参与了裂纹扩展过程。采用扫描电镜对CT试样的断口和断面进行了分析,进一步探讨了不同介质环境下裂纹扩展的机理。对Inconel 617的SCC行为进行了研究,以评价其对第四代SCW反应堆概念设计的适用性。在5×10-7s-1的恒应变速率下,在0.1～25MPa的650℃过热蒸汽和SCW中,进行了一系列慢应变速率拉伸(SSRT)试验,并在干燥的N2气氛中进行了 SSRT试验,以比较惰性环境和有腐蚀环境下SSRT试验的结果。所有环境下试样都观察到晶间裂纹。Inconel 617对SCC有明显的敏感性。通过SEM分析,观察到断口表面的晶间应力腐蚀裂纹占主导地位。进一步讨论了不同环境条件对SCC敏感性的影响。Inconel 617作为700℃超超临界电站主蒸汽管道的候选材料。在极端的腐蚀介质环境中,金属材料容易受到腐蚀和疲劳的交互作用。试验研究了最大应力强度因子、加载方式和温度对Inconel 617在脱氧(10ppb DO)SCW环境下腐蚀疲劳开裂行为的影响。微观观察和详细分析了腐蚀和疲劳相互作用是CGR变化规划,分析了主要影响因素的作用机理。
【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM621

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本文编号：2660305