蒸汽发生器用690TT合金传热管高温高压水中的微动腐蚀行为研究

发布时间：2020-07-10 23:36

【摘要】：微动磨损是指两个接触面之间发生的极小振幅(微米量级)相对运动引起的磨损现象,广泛存在于“近似紧固”的结构件中。在腐蚀环境中的微动磨损现象称为微动腐蚀。核电站蒸汽发生器传热管与其支撑板、防振条之间存在由二回路高温高压水流致振动导致的微动腐蚀现象,造成管壁减薄甚至穿孔,降低蒸汽发生器的服役寿命。镍基合金690TT具有良好的力学性能与晶间腐蚀、应力腐蚀开裂抗性,因此,目前国内压水堆核电站中蒸汽发生器传热管用材以690TT合金为主。蒸汽发生器690TT传热管的微动腐蚀是核电站安全运行的重要威胁之一,由此导致的失效会造成严重的财产损失,因此对蒸汽发生器690TT传热管微动腐蚀行为的研究具有重要的科学及工程意义。然而,由于核电二回路水处于高温高压状态,对蒸汽发生器690TT传热管实际服役环境的模拟存在较大困难。因此,目前大部分的研究还集中于常温水或高温气氛之中,在高温高压水中的微动腐蚀研究仍相对较少。已有的高温高压水中的研究结果也集中于低频率、短周期的实验条件,其结论能否反映实际核电站中高频率、长周期条件下的微动腐蚀尚不清楚。因此,开展高温高压水中蒸汽发生器690TT合金传热管高频率、长周期的微动腐蚀行为研究具有重要意义。本论文主要采用高温高压水微动腐蚀实验设备及扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、白光干涉三维轮廓仪、电子背散射衍射(EBSD)等分析测试设备,研究了温度、法向载荷、振幅对690TT合金高温高压水中微动腐蚀行为的影响。设计制造了高温高压水中微动腐蚀实验用690TT管状试样与405SS板状试样或304SS球状试样的固定夹具,进行了高频率、长周期的微动腐蚀实验研究,得出结论如下:温度对690TT合金的微动腐蚀行为影响较大。随着温度的增加,摩擦系数降低,磨痕宽度增加;温度为100 °℃时磨损最为严重,其次为室温条件,温度为200 ℃时磨损较为轻微。磨损机制随温度不同而不同:室温下主要磨损机制为黏着磨损,100 ℃条件下主要为磨粒磨损,同时有剥层磨损存在;200 ℃条件下磨粒磨损占主导地位。法向载荷对690TT合金高温高压水中微动腐蚀行为影响较大。随着法向载荷的增大,摩擦系数减小。法向载荷为20N时磨损机制以磨粒磨损为主,磨损比较轻微;法向载荷为60N时,磨痕形貌复杂,磨痕表面存在材料转移现象,磨损机制复杂;法向载荷为100 N时,磨痕形貌为一个光滑的球型,磨损过程中摩擦副间紧密结合,仅仅在边缘发生了微滑,磨损机制主要为黏着磨损。法向载荷20 N时磨损程度较小,法向载荷为60 N时的磨损深度略高于法向载荷为100 N时,且二者磨损深度均远高于法向载荷为20 N时。对法向载荷为60 N条件下的样品进行了截面TEM分析,发现了明显的分层结构:磨痕最外层为材料转移层或磨屑层,向内分别为摩擦学转变结构、整体形变层直至基体组织。振幅对690TT合金高温高压水中微动腐蚀行为的影响较大。随着振幅的增大,摩擦系数增大、最大磨损深度与磨损体积均明显增大。振幅为±40 μm时磨损比较轻微,磨损机制主要为黏着磨损,微动区域处于部分滑移区;振幅为±70 μm时,磨损情况复杂,黏着磨损、磨粒磨损、剥层磨损均存在,微动区域处于混合区;振幅为±100 μm时,磨损十分严重,磨粒磨损和剥层磨损是主要的磨损机制,微动区域从整体滑移区向混合区转变。随着振幅增大,能量磨损系数先增大后略微减小。对振幅为±70 μm条件下的样品进行了截面TEM分析,发现了明显的分层结构:磨痕截面由外至内分别为磨屑层、摩擦学转变结构、整体形变层直至基体组织。
【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】：2019
【分类号】：TM623;TG172
【图文】：

截至２０１７年底，全球共有４４８座核反应堆在运行，其中包括四座新并网的核反逡逑应堆，全球在建的核反应堆总数为５９座，全球核电发电容量达到３９２邋ＧＷ＃。逡逑据国家核安全局的信息显示，图１．１为中国大陆核电厂分布图（截至２０１９逡逑年１月１１日），目前我国在役核电机组数量己达到４５台，装机容量４５．９邋ＧＷｅ，逡逑排名世界第三；在建核电机组１１台，装机容量１２．２邋ＧＷｅ，另有１９台机组处于逡逑前期准备阶段［２］。根据中电联统计，２０１８年我国的核电总发电量约２９４４亿千瓦逡逑时，较２０１７年同比增长了邋１８．６％，占到了全国总发电量的４．２％，相当于少消逡逑耗０．９亿吨标准煤，减少二氧化碳排放２．８亿吨［３］。逡逑ｕ沿两榷电厂Ｕ逦ｄ以逡逑ｒ逦、？逦；？柳电厂ｎｎ逡逑ｙ逦）逦石？pc榷电厂』逡逑＾＾逦、＂八ｊ田＊＊？电厂ｕ总总总一也逡逑Ｊ邋逦邋一？尸逡逑＼逦／逦？山？二榷电厂加加逡逑｝逦．邋＞ｒ邋－邋＾逦．0ａ邋？赃逡逑（逦？？？二：？，逦、逦方３Ｒ山械电厂总总逡逑Ｋ逦－…印供

本文编号：2749610