核电站用304不锈钢焊接接头组织和应力腐蚀行为研究

发布时间：2020-09-15 09:05

　　 随着社会的不断发展,能源的需求也不断增大,传统的能源如煤,石油等,属于不可再生资源,过渡开采和消耗会造成不可修复的损失。而且传统能源的燃烧会排放大量污染气体,对环境造成损害。因此,核能作为一种新型清洁能源,受到人们的重视。但是,核电安全也是威胁人类生命财产安全的一项隐患。在众多核电事故中,应力腐蚀开裂是核电结构材料失效的主要形式之一。因此,本文研究了常用的核电结构材料304不锈钢焊接接头组织以及它们在典型核电环境中的应力腐蚀开裂行为特征,为其机理研究和防护奠定了基础。首先,通过对材料进行化学成分、金相组织、物相、元素偏析、硬度、空气拉伸性能、腐蚀性能分析,为后面材料应力腐蚀行为的研究做了铺垫。实验结果表明,手工电弧焊焊接接头和氩弧焊焊接接头焊缝区的组织成分相似,但是尺寸和分布情况不同。两种焊接接头的δ铁素体含量有差别。XRD和能谱结果显示,焊缝区没有生成有害相,元素也未发生偏移,不会影响应力腐蚀行为。手工电弧焊焊接接头的硬度高于氩弧焊焊接接头,而空气中的拉伸寿命低于氩弧焊焊接接头。电化学实验结果表明,氩弧焊焊接接头的耐蚀性能最差,母材的最好,手工电弧焊焊接接头居中。采用电化学噪声和声发射,研究了焊接接头在4mol/L NaCl+0.01mol/L Na2S2O3(高浓度Cl-)和0.5mol/L NaCl+1.5mol/L H2SO4(高浓度H+)溶液中的应力腐蚀行为。结果表明,由于两种焊接接头的组织相似,因此在溶液中的应力腐蚀行为类似。而由于焊接接头焊缝区的组织粗细程度及分布形式不同,因此发生应力腐蚀的难易程度及腐蚀速率有差别。在高浓度Cl-溶液中的应力腐蚀主要是拉伸初期的钝化膜破裂与修复,塑性变形之后点蚀萌生,随着拉伸进行,点蚀扩展为裂纹,大量小裂纹相互连接直到断裂。在高浓度H+溶液中的应力腐蚀过程前期与高浓度Cl-溶液中类似,但是在拉伸后期,试样的腐蚀由局部转为均匀,发生全面的均匀腐蚀。电化学噪声和声发射信号可以很好地表征整个应力腐蚀过程。小波分型维数和声发射聚类结果在两种应力腐蚀过程中包含的腐蚀形态上具有一致性。通过扫描电子显微镜和金相显微镜观察材料应力腐蚀的开裂形式,结果表明焊接接头在溶液中的开裂形式与组织有关,先在试样边缘沿δ铁素体枝晶发生沿晶开裂,然后转变为穿晶开裂,最后发生韧性断裂。金相照片与扫描照片能很好地对应,反映出开裂形式与组织的关系。
【学位单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2016
【中图分类】：TM623;TG407;TG178
【部分图文】：

核电事故现场照片

美国核电站蒸汽发生器600合金传热管失效模式与年度失效数量Fig.1-2Alloy600steamgeneratorheattransfertubeofUSnuclearpowerplant’sfailuremodeandthenumberofannualfailure

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本文编号：2818767