【摘要】：鉛鉍共晶合金(Lead-Bismuth Eutectic,LBE)中合適的氧濃度會使材料表面生成保護(hù)性氧化膜。然而,在實(shí)際工況中,氧化膜可能會受到LBE中氧濃度及應(yīng)力的影響而喪失保護(hù)性,無法起到抑制材料液態(tài)金屬脆化(Liquid Metal Embrittlement,LME)效應(yīng)的作用,危及反應(yīng)堆的安全運(yùn)行。因此,本研究以鉛基反應(yīng)堆候選結(jié)構(gòu)材料馬氏體鋼T91為對象,圍繞“氧濃度”和“應(yīng)力”開展了 T91鋼在高溫LBE中應(yīng)力腐蝕行為研究。主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下:1)開展了氧濃度分別為10-5 wt%、10-6 wt%和10-7 wt%條件下550 ℃ LBE中T91鋼標(biāo)準(zhǔn)試樣預(yù)浸潤500 h腐蝕實(shí)驗(yàn),隨后針對相關(guān)試樣開展了在應(yīng)變率為10-5 s-1條件下400 ℃ LBE中慢應(yīng)變速率拉伸實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明:隨著氧濃度降低,試樣表面氧化膜厚度由24.6 μm降至8.5 μm,試樣延伸率由21.9%降至19.9%,LME效應(yīng)逐漸明顯。分析認(rèn)為,由于氧化膜在低氧濃度下不穩(wěn)定和LBE侵蝕加劇使其失去了對基體的保護(hù)作用。當(dāng)LBE與基體接觸,Pb、Bi原子降低了接觸表面合金元素的結(jié)合鍵能,造成了 LME效應(yīng)發(fā)生。2)開展了 0～180 MPa拉應(yīng)力下T91鋼小錐度圓錐體試樣在550℃、10-6 wt%氧濃度LBE中應(yīng)力腐蝕實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明:在應(yīng)力增加過程中,裂紋開始萌生并逐漸向氧化膜內(nèi)部擴(kuò)展,最終貫穿整個(Fe,Cr)3O4層。此外,氧化膜厚度受拉應(yīng)力影響迅速增加,到180 MPa時氧化膜總厚度已達(dá)到43.8 μm。通過分析力學(xué)-化學(xué)耦合模型計算結(jié)果可知,拉應(yīng)力未直接作用于氧化膜,而是通過改變基體蠕變行為間接影響了氧化膜內(nèi)應(yīng)力。內(nèi)應(yīng)力增加了膜內(nèi)空位及元素短路擴(kuò)散速率,加速了氧化膜生長。但當(dāng)內(nèi)應(yīng)力達(dá)到臨界值時,氧化膜就會出現(xiàn)開裂或脫落。研究結(jié)果可為T91鋼在反應(yīng)堆LBE中服役行為研究以及反應(yīng)堆工程安全分析與設(shè)計提供參考。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TL341
【圖文】：

在氧濃度較高的ＬＢＥ中，Ｔ９Ｉ鋼表面會生成具有雙層或三層結(jié)構(gòu)的氧逡逑化膜［４ＣＭ２］，氧化膜形成的原因可由Ｌ．邋Ｍａｒｔｉｎｅｌｌｉ和Ｇ．邋Ｍｉｉｌｌｅｒ提出的元素互擴(kuò)散機(jī)逡逑制進(jìn)行解釋［４３’４４１’其元素擴(kuò)散模型如圖１．３所示。該模型表明Ｆｅ離子首先從材逡逑料基體向外擴(kuò)散，從而在基體表面留下大量空位，這些空位在基體表面逐漸聚集逡逑成“微孔道”，隨后ＬＢＥ中的０借助形成的“微孔道”與基體表面附近的Ｆｅ、逡逑Ｃｒ離子發(fā)生反應(yīng)，生成一層薄薄的（Ｆｅ，Ｃｒ）３0４（Ｆｅ＿Ｃｌ？尖晶石），并持續(xù)向內(nèi)生長，逡逑待該層形成后，Ｆｅ離子穿過該層薄膜向外擴(kuò)散，并與ＬＢＥ中的氧相遇結(jié)合形成逡逑Ｆｅ３0４層。在（Ｆｅ，Ｃｒ）３０４層逐漸向基體內(nèi)部生長過程中，（Ｆｅ，Ｃｒ）３0４層／基體界面就逡逑會出現(xiàn)Ｆｅ的消耗區(qū)，擴(kuò)散到基體內(nèi)部的0離子在此區(qū)域與Ｆｅ、Ｃｒ離子反應(yīng)生逡逑成雖白Ｃｒ的氧化物，內(nèi)氧化層（ｉｎｔｅｒｎａｌ邋Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ邋Ｚｏｎｅ，ＩＯＺ）由此形成。逡逑0２＋邋ＬＢＥ逡逑

本文編號：2730083