【摘要】：核電廠運行經(jīng)驗表明,冷變形是促進奧氏體不銹鋼及鎳基合金在高溫水中腐蝕開裂失效的主要因素之一。然而,目前冷變形不銹鋼的應力腐蝕開裂(SCC)機理仍不完全清楚,尚未建立完善的定量分析模型來對應力腐裂紋擴展速率(SCCGR)進行預測。因此,深入探究冷變形不銹鋼在核電廠高溫高壓水環(huán)境下的應力腐蝕規(guī)律,對于核設備安全性評價、運行維護及壽命預測等具有重要的科學和工程意義。本文以壓水堆一回路壓力邊界設備常用的316L不銹鋼(316L SS)為研究對象,重點分析了變形量對其在各種模擬一回路高溫高壓水環(huán)境工況下SCCGR的影響規(guī)律。采用改進型的緊湊拉伸試樣,通過高精度在線實驗,系統(tǒng)性地獲得了0%、10%、20%、40%不同塑性變形量的試樣在不同溫度、不同溶解氧含量、不同雜質離子(Cl~-)濃度,以及不同應力下的SCCGR。通過進一步觀察斷口和裂紋尖端的形貌,分析材料SCC機理,結合實驗所得各種模擬工況的SCCGR數(shù)據(jù)、以及裂紋尖端水化學分析結果,最終澄清冷變形不銹鋼材料的應力腐蝕裂紋擴展機理建立SCCGR的預測公式。本文的主要研究內容和成果如下:(1)對不同塑性變形量試樣在含氧水與含氫水中進行了SCCGR實驗,發(fā)現(xiàn),316L SS的SCCGR隨變形量的增加而升高,而且在含溶解氫(DH)環(huán)境中材料的擴展速率變化速率較大。通過測量去應力處理(stress relief treatment,SRT)試樣、不同取樣方向試樣在高溫水中的SCCGR,分析變形量與材料的硬度、屈服強度、殘余應變/應力與SCCGR的關系,發(fā)現(xiàn)屈服強度和材料內部晶界附近的殘余應變/應力是冷變形加速奧氏體不銹鋼SCCGR的根本因素。(2)通過應力條件對SCCGR影響規(guī)律的研究,發(fā)現(xiàn),不同變形量試樣的SCCGR都隨應力強度因子的升高而增大。但316L SS對應力強度因子的依賴強度受變形量,水化學環(huán)境因素影響。變形量越高,材料的SCCGR對應力強度因子的依賴性越低,同樣,在越惡劣的水化學環(huán)境下,材料的SCCGR對應力強度因子的依賴性越低。(3)采用20%變形量316L SS試樣研究了溫度、溶解氧、Cl~-、B-Li,加Zn等因素對SCCGR的影響規(guī)律,發(fā)現(xiàn):(a)在210~325oC的溫度范圍內,SCCGR隨溫度的上升而單調上升;(b)溶解氧含量在0~10 ppm范圍內,SCCGR隨氧含量的增加而增大。(c)在含氫或含氧水中,當Cl~-濃度增至10 ppb時SCCGR迅速升高,Cl~-濃度在10~100 ppb范圍內SCCGR隨Cl~-濃度升高上升緩慢;(d)B-Li含量可以改變溶液的pH值,而溶液pH值影響SCCGR。在PWR運行允許的pH值范圍內,冷變形316L SS的SCCGR稍低于其在同樣溫度下純水中的值;(e)回路中加入60 ppb Zn后,SCCGR降低,裂紋尖端可形成ZnCr_2O_4型的氧化膜。(4)采用40%變形量試樣,先后進行應力腐蝕與蠕變實驗證明了冷變形316L SS的SCC機理是由于應變促進的晶界的滑移與氧化,蠕變不是導致冷變形316L SS發(fā)生SCC的主要因素。最后通過分析不同變形量試樣在不同水化學環(huán)境下的SCCGR,給出不同形式的SCCGR預測公式。
【學位授予單位】：上海交通大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TM623

【參考文獻】

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1 呂戰(zhàn)鵬;陳俊R，

本文編號：2659268