【摘要】：奧氏體不銹鋼在壓水堆核電站中主要用于制造一回路主管道、主泵結(jié)構(gòu)部件、堆芯結(jié)構(gòu)部件等,這些部件長期與高溫高壓的一回路冷卻劑接觸,存在一定程度的高溫水應(yīng)力腐蝕開裂問題。奧氏體不銹鋼由于人為或無法避免的材料預(yù)形變會影響其力學(xué)性能和反應(yīng)特性,從而影響在高溫水中的應(yīng)力腐蝕開裂行為。材料特性、受力狀態(tài)和水化學(xué)條件會影響結(jié)構(gòu)材料在高溫水中的應(yīng)力腐蝕開裂行為。研究核電關(guān)鍵結(jié)構(gòu)材料在高溫高壓水中的力學(xué)-化學(xué)-材料交互作用下的環(huán)境損傷行為是核電站老化和壽命管理的一個重要方面,服役性能評價和機(jī)制研究對保障核電站長期、安全、穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義,并為我國核電材料自主研發(fā)和走出去提供支持。本論文工作主要采用高溫高壓水應(yīng)力腐蝕裂紋擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)、電化學(xué)測試、微觀結(jié)構(gòu)表征及斷口和表面形貌測試(包括光學(xué)顯微鏡、掃描電子顯微鏡、電子背散射衍射、透射電子顯微鏡)等技術(shù),研究了單向冷軋預(yù)形變對壓水堆核電站關(guān)鍵構(gòu)件普遍采用的316L不銹鋼在模擬核電站冷卻劑環(huán)境中應(yīng)力腐蝕開裂和界面反應(yīng)特性的影響,分析了材料特性、外加載荷和環(huán)境介質(zhì)條件的相互作用,得出以下主要結(jié)論:(1)預(yù)形變降低了316L不銹鋼中的Σ3 CSL晶界比例,增大了316L不銹鋼原始晶粒內(nèi)部的局部取向差。預(yù)形變對316L不銹鋼在0.05 mol/L H2SO4+0.3mol/L NaCl溶液中陽極溶解的加速效應(yīng)在-0.135至0.700 V(SCE)的電位范圍內(nèi)較顯著。預(yù)形變的影響在含有氯化物的硫酸溶液中比在不含氯化物的溶液中更顯著。對于固溶態(tài)316L不銹鋼和預(yù)形變20%的316L不銹鋼,恒電位極化下的電流密度、點(diǎn)蝕數(shù)量和開口點(diǎn)蝕坑直徑隨著外加電位的增加而增加。在一定外加電位下,預(yù)形變增加了點(diǎn)蝕坑的數(shù)量,減小了點(diǎn)蝕坑的尺寸。恒電位極化后測試溶液的ICP結(jié)果與電流隨時間的變化曲線都反映出預(yù)形變對316L不銹鋼陽極溶解的加速作用。(2)在含氫模擬壓水堆一回路水中,預(yù)形變對316L不銹鋼的電化學(xué)行為影響不明顯;在含氧模擬壓水堆一回路水中,電化學(xué)阻抗譜和陽極極化曲線結(jié)果表明預(yù)形變加速了316L不銹鋼的陽極過程。預(yù)形變對316L不銹鋼在含氧模擬壓水堆一回路水中陽極過程的加速作用在開路電位至約0.400 V(SHE)的電位范圍內(nèi)更為明顯。(3)在含氫和除氧的模擬壓水堆一回路水中,單向冷軋預(yù)形變20%的316L不銹鋼T-L(CT試樣缺口平行于軋制方向)和L-T(CT試樣缺口垂直于軋制方向)取向試樣在水中原位預(yù)制裂紋階段的裂紋擴(kuò)展是穿晶疲勞裂紋,試樣取向?qū)υ活A(yù)制裂紋階段裂紋擴(kuò)展速率影響不大;T-L取向試樣有著比L-T取向試樣更高的應(yīng)力腐蝕裂紋擴(kuò)展速率和更多的應(yīng)力腐蝕裂紋分布。L-T取向試樣在除氧水中裂紋擴(kuò)展方向與軋制方向垂直,意味著裂紋前進(jìn)方向與晶界優(yōu)先氧化方向不一致,從而產(chǎn)生了裂紋分叉現(xiàn)象。這一現(xiàn)象產(chǎn)生的原因是外加應(yīng)力和沿著伸長晶粒的晶界的優(yōu)先氧化路徑之間的協(xié)同作用,而后者更占主要地位。(4)單次拉伸預(yù)過載對冷軋預(yù)形變20%的316L不銹鋼T-L和L-T取向試樣在模擬壓水堆一回路環(huán)境中應(yīng)力腐蝕裂紋擴(kuò)展具有明顯的遲滯效應(yīng)。無過載T-L取向試樣斷面上有較多的沿晶應(yīng)力腐蝕裂紋,L-T取向試樣只在斷面的局部區(qū)域間斷分布著一些沿晶應(yīng)力腐蝕裂紋。有過載的T-L和L-T取向試樣斷面上均沒有明顯的應(yīng)力腐蝕開裂跡象。有過載試樣斷面裂紋前沿發(fā)現(xiàn)的伸張區(qū)影響其應(yīng)力腐蝕裂紋擴(kuò)展。過載引起的殘余壓應(yīng)力和外加載荷的共同作用降低了應(yīng)力腐蝕裂紋擴(kuò)展的有效驅(qū)動力,從而降低裂紋擴(kuò)展速率。過載試樣裂尖前緣負(fù)的dK/da(應(yīng)力強(qiáng)度因子K隨裂紋長度的變化梯度)區(qū)域在降低應(yīng)力腐蝕裂紋擴(kuò)展速率中起重要作用。過載對應(yīng)力腐蝕裂紋擴(kuò)展的影響與水化學(xué)和應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)。(5)在含氫和含氧的模擬壓水堆一回路水中,預(yù)形變都加速316L不銹鋼的應(yīng)力腐蝕裂紋擴(kuò)展。敏化處理對316L不銹鋼在模擬壓水堆一回路水中應(yīng)力腐蝕開裂的影響因水化學(xué)而異:在含氫水中,敏化處理對應(yīng)力腐蝕開裂具有減緩作用;在含氧水中,敏化對應(yīng)力腐蝕開裂具有促進(jìn)作用。裂尖TEM和斷口形貌分析表明晶界碳化物對316L不銹鋼在不同高溫水化學(xué)條件下的應(yīng)力腐蝕開裂起重要作用。預(yù)形變、敏化后預(yù)形變以及敏化316L不銹鋼在含氧水中的應(yīng)力腐蝕裂紋擴(kuò)展速率要大于在含氫水中的應(yīng)力腐蝕裂紋擴(kuò)展速率。(6)焊后熱處理消除了安全端異種金屬焊接件鎳基焊接金屬-奧氏體不銹鋼熔合線附近的部分焊接殘余應(yīng)力,對熔合線附近的成分變化無顯著影響。有、無焊后熱處理焊接接頭中的不銹鋼焊接熱影響區(qū)材料及不銹鋼母材在正常水質(zhì)條件模擬壓水堆一回路水中無明顯的應(yīng)力腐蝕開裂跡象,其應(yīng)力腐蝕開裂速率顯著低于在含氧高溫水中的應(yīng)力腐蝕開裂速率,并和不同預(yù)形變方式引起的具有不同應(yīng)力/應(yīng)變分布的不銹鋼在含氫和含氧高溫水中的應(yīng)力腐蝕開裂速率對比,認(rèn)為安全端異種金屬焊接件不銹鋼側(cè)焊接熱影響區(qū)材料在含氫水中極低的應(yīng)力腐蝕裂紋擴(kuò)展速率與水化學(xué)條件、材料微結(jié)構(gòu)和應(yīng)力/應(yīng)變分布狀態(tài)的共同作用有關(guān)。(7)在不同水化學(xué)條件的模擬壓水堆一回路水中,316L不銹鋼在除氧水中的開路電位略高于含氫水中的值,顯著低于含氧水中的值。高溫水中的溶解氧和溶解氫顯著影響電化學(xué)阻抗參數(shù)。Rct和Rf在含氧水中最高,在含氫水中最低。Cdl和CPEf在含氫水中最高,在含氧水中最低。在各種水化學(xué)條件的高溫水中,氧化膜隨著浸泡時間的增長而生長,Rct和Rf隨著浸泡時間的增加而增加,Cdl和CPEf隨著浸泡時間的增加而減小。在含氫水和除氧水中形成的氧化物膜在化學(xué)成分上相似,外層膜由尖晶石型氧化物組成,內(nèi)層膜致密且富Cr;但在形態(tài)上有所不同,在除氧水中形成的外層氧化物顆粒比在含氫水中形成的外層氧化物顆粒更大且分布更松散。在含氧水中氧化膜的成分和形貌有較大的變化,形成的氧化膜外層為赤鐵礦型顆粒,內(nèi)層膜疏松富Ni。在含氧水中氧化膜外層氧化物顆粒為等軸晶形態(tài),而在含氫和除氧水環(huán)境中氧化膜外層氧化物顆粒為棱角分明的多面體形態(tài)。電化學(xué)測量和氧化膜測試的結(jié)果可以評價材料在不同水化學(xué)條件下高溫水中反應(yīng)速率隨時間的變化。與測試期間穩(wěn)態(tài)或準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)氧化有關(guān)的電化學(xué)參數(shù)和氧化行為的變化可以更好地為理解應(yīng)力腐蝕開裂過程提供基本信息。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：上海大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TG142.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2278966