【摘要】：第三代核電站冷卻泵采用屏蔽式核主泵,而水潤(rùn)滑推力軸承承載了核主泵的全部推力,安全、可靠和穩(wěn)定性是推力軸承服役的關(guān)鍵。新型平衡環(huán)式支承結(jié)構(gòu)具有平衡核主泵各推力瓦之間的高度差,確保推力瓦所受載荷均勻分布,防止發(fā)生軸系偏載的能力,且其一體化的設(shè)計(jì),降低了支承系的統(tǒng)復(fù)雜程度,顯示了新型平衡環(huán)式支承結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)。該支承結(jié)構(gòu)服役環(huán)境復(fù)雜,服役過(guò)程中既要受到核主泵內(nèi)55℃~85℃的硼酸-硼酸鈉溶液冷卻劑的長(zhǎng)期腐蝕,又受到拉-壓載荷循環(huán)作用,所以腐蝕疲勞是平衡環(huán)支承結(jié)構(gòu)失效的主要威脅。17-4PH不銹鋼具有強(qiáng)度高、耐蝕性優(yōu)良和易加工等特點(diǎn),已被發(fā)達(dá)國(guó)家大量應(yīng)用在核電設(shè)備結(jié)構(gòu)零部件上。本文以17-4PH不銹鋼為研究對(duì)象,以核主泵推力軸承新型平衡環(huán)式支承結(jié)構(gòu)為應(yīng)用背景,通過(guò)對(duì)17-4PH不銹鋼的微觀組織分析、力學(xué)性能檢測(cè),重點(diǎn)對(duì)其腐蝕疲勞性能與腐蝕性能進(jìn)行研究,以考察17-4PH不銹鋼作為平衡環(huán)式支承結(jié)構(gòu)備選材料的可能性。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)用17-4PH不銹鋼的微觀組織與力學(xué)性能,室溫(約20℃)下硼酸-硼酸鈉溶液中腐蝕疲勞性能,以及在室溫、55℃和85℃的硼酸-硼酸鈉溶液中腐蝕性能的檢測(cè)與分析,得到研究結(jié)果如下:(1)實(shí)驗(yàn)用17-4PH不銹鋼顯微組織為板條馬氏體,晶粒細(xì)小且均勻,尺寸為20~30μm,馬氏體基體中大量分布著20~50 nm的ε-Cu顆粒沉淀相。實(shí)驗(yàn)用17-4PH不銹鋼的顯微維氏硬度在3.5~4 GPa之間,屈服強(qiáng)度為900 MPa,抗拉強(qiáng)度為1130 MPa,總延伸率為23.4%,斷面收縮率為63.2%,拉伸斷口具有典型的韌性斷裂特征。(2)室溫下,實(shí)驗(yàn)用17-4PH不銹鋼在空氣中疲勞極限σ_(air-1)為565 MPa,在硼酸-硼酸鈉溶液中疲勞極限σ_(corr-1)為555 MPa。腐蝕疲勞斷口有疲勞源區(qū)、裂紋穩(wěn)定擴(kuò)展區(qū)和瞬斷區(qū)三個(gè)典型區(qū)域。腐蝕疲勞源萌生于表面刀痕或磨痕、表面腐蝕坑和內(nèi)部夾雜物等缺陷處,腐蝕疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)與瞬斷區(qū)的形貌同空氣中的疲勞相似。17-4PH不銹鋼腐蝕疲勞斷裂機(jī)理與形變過(guò)程活化和點(diǎn)蝕加速疲勞裂紋產(chǎn)生的兩種理論疊加較為符合。(3)實(shí)驗(yàn)用17-4PH不銹鋼在硼酸-硼酸鈉溶液中,室溫(約20℃)時(shí)年腐蝕速率為1.20μm/a,55℃時(shí)為3.32μm/a,85℃時(shí)為6.84μm/a,隨著腐蝕溫度的升高,腐蝕速率加快;其中55℃與85℃時(shí)的腐蝕類(lèi)型均為局部腐蝕,腐蝕形貌為近似圓形的腐蝕坑,85℃的鋼表面腐蝕坑尺寸約為55℃的2倍。電化學(xué)腐蝕結(jié)果表明,室溫下實(shí)驗(yàn)用17-4PH不銹鋼在硼酸-硼酸鈉溶液中為均勻腐蝕,且其抗腐蝕性與Stellite合金相當(dāng),而在3.5 wt.%NaCl水溶液中為點(diǎn)腐蝕,17-4PH不銹鋼在NaCl溶液中的耐蝕性較差。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TM623

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