核电高温高压水中材料腐蚀关键测试技术
发布时间：2021-11-21 17:10
针对核电厂核岛关键设备的主要腐蚀失效模式以及实验室模拟试验的关键难点问题,自主设计并研制了系列在模拟核电高温高压水环境中开展材料多种腐蚀损伤试验的关键测试装备和原位测试技术,用于材料腐蚀损伤试验研究和安全评价。设计并研制了在严格模拟核电站高温高压水化学环境中,材料在加载条件下的光学、光谱、声发射、电化学、裂纹扩展、应变等原位腐蚀损伤模拟装备和测试技术;设计并研制了核电高温高压水中划伤再钝化暂态电化学测试设备,用于快速评价材料应力腐蚀敏感性,使评价时间从以年和月为单位缩短到以天为单位;研制了在模拟核电高温高压水中材料的腐蚀电化学、应力腐蚀、腐蚀疲劳、腐蚀磨损、缝隙腐蚀、辐照促进应力腐蚀等多种腐蚀失效行为的模拟设备与原位测试技术。这些测试技术形成了一系列标准。利用这些新装备和标准进行试验并获得了大量数据规律,成功用于解决我国核电站的设计、建造与运行中核电材料的数据规律缺失、核电站运行许可证延续、服役安全评价问题。最后提出了核电材料与装备腐蚀领域的发展趋势与未来值得重视的10方面课题。
【文章来源】：中国材料进展. 2020,39(Z1)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
核电高温高压水中加载条件下进行原位光学观察、光谱成分分析的测试装备
作者团队研制了高温高压水中材料腐蚀损伤的AE原位测试设备，可同时实现电化学测试、AE监测、光学观察3种测试技术的原位联合测试，且三者互不干扰，实现了从多角度研究材料的腐蚀行为与特征。利用该设备监测了模拟核电高温高压B/Li水中材料的开裂过程(图2):高幅AE信号对应裂纹扩展过程，低幅AE信号对应塑性变形过程;随应力强度因子的增加，AE信号数量增多，高应力强度因子条件下AE信号有时呈“阶跃”式增加。建立了原位AE信号与核级不锈钢高温高压水中应力腐蚀开裂过程的对应关系[19-22]，实现了对核电高温高压水中材料应力腐蚀开裂过程直接原位在线监测。在核电高温高压水中，极难在线精确测量高压釜中疲劳样品的变形量。研制了测试疲劳试样标距段应变的LVDT及应变原位在线监测技术，利用该技术的腐蚀疲劳测试系统能够在400℃、25 MPa以下高温高压水中长期稳定工作，对不同形状与尺寸的样品成功实现了核电高温高压水中腐蚀疲劳期间试样标距段应变的原位在线精确测量并形成了测试评价标准[23-27]。
自主研制了模拟核电材料在高温高压水中的划伤再钝化测试设备(图3)，包括可精确模拟水化学环境的高温高压水循环回路、高温高压水中原位单道和多道快速划伤电极系统。通过压力平衡设计和特殊机械密封解决了快速运动轴的内外压力平衡和动密封难题。通过釜外气动装置与釜内划头相连，实现了在模拟核电高温高压水中样品表面4 m/s的快速划伤及划伤暂态电流的快速测量(图4b)。通过在快速运动轴和外部气缸活塞连杆的连接处设有磁钢，配合霍尔传感器和精密计时器实现快速运动轴的运动时间精确测量。实现了金属材料表面膜在高温高压水中的原位单道和多道快速划伤、试样表面划伤位置重新成膜过程中暂态电化学信号的快速采集和记录[38,39]。在此基础上，建立了原位划伤再钝化测试标准[40]。图4 国外在300℃静态高温水中测试的划伤再钝化电流，不能反映真实的再钝化行为，难以用于评定材料开裂敏感性(a)[15];该设备测量的划伤再钝化电流(b)[38]
【参考文献】：
期刊论文
[1]Effects of Temperature on Fretting Corrosion Between Alloy 690TT and 405 Stainless Steelin Pure Water[J]. Xing-Chen Liu,Hong-Liang Ming,Zhi-Ming Zhang,Jian-Qiu Wang,Li-Chen Tang,Hao Qian,Yong-Cheng Xie,En-Hou Han. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2019(12)
[2]核用304不锈钢辐照促进应力腐蚀开裂研究[J]. 邓平,孙晨,彭群家,韩恩厚,柯伟,焦治杰. 金属学报. 2019(03)
[3]国产核用不锈钢辐照损伤研究[J]. 邓平,彭群家,韩恩厚,柯伟,孙晨,夏海鸿,焦治杰. 金属学报. 2017(12)
[4]Microstructure, Residual Strain and Stress Corrosion Cracking Behavior in 316L Heat-Affected Zone[J]. Hong-Liang Ming,Zhi-Ming Zhang,Peng-Yuan Xiu,Jian-Qiu Wang,En-Hou Han,Wei Ke,Ming-Xing Su. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2016(09)
[5]核级低合金钢高温水腐蚀疲劳机制及环境疲劳设计模型[J]. 吴欣强,谭季波,徐松,韩恩厚,柯伟. 金属学报. 2015(03)
[6]核电站关键材料在微纳米尺度上的环境损伤行为研究——进展与趋势[J]. 韩恩厚. 金属学报. 2011(07)
[7]核级不锈钢高温水腐蚀疲劳机制及环境疲劳设计模型[J]. 吴欣强,徐松,韩恩厚,柯伟. 金属学报. 2011(07)
[8]核电高温高压水中不锈钢和镍基合金的腐蚀机制[J]. 韩恩厚,王俭秋,吴欣强,柯伟. 金属学报. 2010(11)
本文编号：3509903
【文章来源】：中国材料进展. 2020,39(Z1)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
核电高温高压水中加载条件下进行原位光学观察、光谱成分分析的测试装备
作者团队研制了高温高压水中材料腐蚀损伤的AE原位测试设备，可同时实现电化学测试、AE监测、光学观察3种测试技术的原位联合测试，且三者互不干扰，实现了从多角度研究材料的腐蚀行为与特征。利用该设备监测了模拟核电高温高压B/Li水中材料的开裂过程(图2):高幅AE信号对应裂纹扩展过程，低幅AE信号对应塑性变形过程;随应力强度因子的增加，AE信号数量增多，高应力强度因子条件下AE信号有时呈“阶跃”式增加。建立了原位AE信号与核级不锈钢高温高压水中应力腐蚀开裂过程的对应关系[19-22]，实现了对核电高温高压水中材料应力腐蚀开裂过程直接原位在线监测。在核电高温高压水中，极难在线精确测量高压釜中疲劳样品的变形量。研制了测试疲劳试样标距段应变的LVDT及应变原位在线监测技术，利用该技术的腐蚀疲劳测试系统能够在400℃、25 MPa以下高温高压水中长期稳定工作，对不同形状与尺寸的样品成功实现了核电高温高压水中腐蚀疲劳期间试样标距段应变的原位在线精确测量并形成了测试评价标准[23-27]。
自主研制了模拟核电材料在高温高压水中的划伤再钝化测试设备(图3)，包括可精确模拟水化学环境的高温高压水循环回路、高温高压水中原位单道和多道快速划伤电极系统。通过压力平衡设计和特殊机械密封解决了快速运动轴的内外压力平衡和动密封难题。通过釜外气动装置与釜内划头相连，实现了在模拟核电高温高压水中样品表面4 m/s的快速划伤及划伤暂态电流的快速测量(图4b)。通过在快速运动轴和外部气缸活塞连杆的连接处设有磁钢，配合霍尔传感器和精密计时器实现快速运动轴的运动时间精确测量。实现了金属材料表面膜在高温高压水中的原位单道和多道快速划伤、试样表面划伤位置重新成膜过程中暂态电化学信号的快速采集和记录[38,39]。在此基础上，建立了原位划伤再钝化测试标准[40]。图4 国外在300℃静态高温水中测试的划伤再钝化电流，不能反映真实的再钝化行为，难以用于评定材料开裂敏感性(a)[15];该设备测量的划伤再钝化电流(b)[38]
【参考文献】：
期刊论文
[1]Effects of Temperature on Fretting Corrosion Between Alloy 690TT and 405 Stainless Steelin Pure Water[J]. Xing-Chen Liu,Hong-Liang Ming,Zhi-Ming Zhang,Jian-Qiu Wang,Li-Chen Tang,Hao Qian,Yong-Cheng Xie,En-Hou Han. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2019(12)
[2]核用304不锈钢辐照促进应力腐蚀开裂研究[J]. 邓平,孙晨,彭群家,韩恩厚,柯伟,焦治杰. 金属学报. 2019(03)
[3]国产核用不锈钢辐照损伤研究[J]. 邓平,彭群家,韩恩厚,柯伟,孙晨,夏海鸿,焦治杰. 金属学报. 2017(12)
[4]Microstructure, Residual Strain and Stress Corrosion Cracking Behavior in 316L Heat-Affected Zone[J]. Hong-Liang Ming,Zhi-Ming Zhang,Peng-Yuan Xiu,Jian-Qiu Wang,En-Hou Han,Wei Ke,Ming-Xing Su. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2016(09)
[5]核级低合金钢高温水腐蚀疲劳机制及环境疲劳设计模型[J]. 吴欣强,谭季波,徐松,韩恩厚,柯伟. 金属学报. 2015(03)
[6]核电站关键材料在微纳米尺度上的环境损伤行为研究——进展与趋势[J]. 韩恩厚. 金属学报. 2011(07)
[7]核级不锈钢高温水腐蚀疲劳机制及环境疲劳设计模型[J]. 吴欣强,徐松,韩恩厚,柯伟. 金属学报. 2011(07)
[8]核电高温高压水中不锈钢和镍基合金的腐蚀机制[J]. 韩恩厚,王俭秋,吴欣强,柯伟. 金属学报. 2010(11)
本文编号：3509903
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