T91钢在静态铅铋氧控环境中应力腐蚀行为研究

发布时间：2020-06-26 08:32

【摘要】：铅铋共晶合金(Lead-Bismuth Eutectic,LBE)中合适的氧浓度会使材料表面生成保护性氧化膜。然而,在实际工况中,氧化膜可能会受到LBE中氧浓度及应力的影响而丧失保护性,无法起到抑制材料液态金属脆化(Liquid Metal Embrittlement,LME)效应的作用,危及反应堆的安全运行。因此,本研究以铅基反应堆候选结构材料马氏体钢T91为对象,围绕“氧浓度”和“应力”开展了 T91钢在高温LBE中应力腐蚀行为研究。主要研究内容及结论如下:1)开展了氧浓度分别为10-5 wt%、10-6 wt%和10-7 wt%条件下550 ℃ LBE中T91钢标准试样预浸润500 h腐蚀实验,随后针对相关试样开展了在应变率为10-5 s-1条件下400 ℃ LBE中慢应变速率拉伸实验。结果表明:随着氧浓度降低,试样表面氧化膜厚度由24.6 μm降至8.5 μm,试样延伸率由21.9%降至19.9%,LME效应逐渐明显。分析认为,由于氧化膜在低氧浓度下不稳定和LBE侵蚀加剧使其失去了对基体的保护作用。当LBE与基体接触,Pb、Bi原子降低了接触表面合金元素的结合键能,造成了 LME效应发生。2)开展了 0～180 MPa拉应力下T91钢小锥度圆锥体试样在550℃、10-6 wt%氧浓度LBE中应力腐蚀实验。结果表明:在应力增加过程中,裂纹开始萌生并逐渐向氧化膜内部扩展,最终贯穿整个(Fe,Cr)3O4层。此外,氧化膜厚度受拉应力影响迅速增加,到180 MPa时氧化膜总厚度已达到43.8 μm。通过分析力学-化学耦合模型计算结果可知,拉应力未直接作用于氧化膜,而是通过改变基体蠕变行为间接影响了氧化膜内应力。内应力增加了膜内空位及元素短路扩散速率,加速了氧化膜生长。但当内应力达到临界值时,氧化膜就会出现开裂或脱落。研究结果可为T91钢在反应堆LBE中服役行为研究以及反应堆工程安全分析与设计提供参考。
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TL341
【图文】：

在氧浓度较高的ＬＢＥ中，Ｔ９Ｉ钢表面会生成具有双层或三层结构的氧逡逑化膜［４ＣＭ２］，氧化膜形成的原因可由Ｌ．邋Ｍａｒｔｉｎｅｌｌｉ和Ｇ．邋Ｍｉｉｌｌｅｒ提出的元素互扩散机逡逑制进行解释［４３’４４１’其元素扩散模型如图１．３所示。该模型表明Ｆｅ离子首先从材逡逑料基体向外扩散，从而在基体表面留下大量空位，这些空位在基体表面逐渐聚集逡逑成“微孔道”，随后ＬＢＥ中的０借助形成的“微孔道”与基体表面附近的Ｆｅ、逡逑Ｃｒ离子发生反应，生成一层薄薄的（Ｆｅ，Ｃｒ）３0４（Ｆｅ＿Ｃｌ？尖晶石），并持续向内生长，逡逑待该层形成后，Ｆｅ离子穿过该层薄膜向外扩散，并与ＬＢＥ中的氧相遇结合形成逡逑Ｆｅ３0４层。在（Ｆｅ，Ｃｒ）３０４层逐渐向基体内部生长过程中，（Ｆｅ，Ｃｒ）３0４层／基体界面就逡逑会出现Ｆｅ的消耗区，扩散到基体内部的0离子在此区域与Ｆｅ、Ｃｒ离子反应生逡逑成虽白Ｃｒ的氧化物，内氧化层（ｉｎｔｅｒｎａｌ邋Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ邋Ｚｏｎｅ，ＩＯＺ）由此形成。逡逑0２＋邋ＬＢＥ逡逑

本文编号：2730083