SiC/SiC_(f)复合材料包壳管在高温高压水中的应力腐蚀开裂行为

针对SiC/SiC_(f)复合材料包壳管,采用三点弯加载方法,在模拟压水堆一回路水化学工况的高温高压水中开展了应力腐蚀开裂(SCC)试验,通过腐蚀形貌分析了该材料的抗SCC能力。结果表明:在三点弯加载和高温高压水环境的作用下,该复合材料包壳管外涂层发生氧化及腐蚀溶解,部分区域出现裂纹扩展和涂层剥落现象,而涂层剥落又进一步加剧了外涂层的腐蚀溶解,导致外涂层过早失效和SiC纤维层暴露;在应力和水化学环境的耦合作用下,中间层SiC纤维出现腐蚀溶解和裂纹扩展现象,SiC纤维层表面的裂纹扩展没有明显的取向性,交叉裂纹的不断产生最终导致纤维层的断裂和整体失效。在涂层表面的孔隙缺陷处易产生应力集中,从而成为裂纹萌生位置,需优化涂层制备工艺。

SiC/SiC_(f)复合材料包壳管在高温高压水中的腐蚀行为

采用循环高温高压水腐蚀系统模拟压水堆一回路水化学工况对SiC/SiC_(f)复合材料包壳管进行腐蚀试验。通过腐蚀后质量损失和微观形貌分析了SiC/SiC_(f)复合材料包壳管的腐蚀行为。结果表明:腐蚀过程中SiC/SiC_(f)复合材料包壳管依次经历了质量增加、质量加速损失、质量稳定损失和质量损失趋缓等阶段;在腐蚀初期的质量增加阶段,富硅的氧化物薄膜覆盖在胞状晶表面从而减缓了包壳管腐蚀溶解;在质量加速损失阶段,腐蚀溶解以及氧化物脱落导致包壳管加速腐蚀;在质量稳定损失阶段,表面腐蚀溶解和氧化物的生成起到了互相平衡作用;在质量损失趋缓阶段,试样表面出现的密集氧化物,显著缓解了腐蚀溶解,使腐蚀后质量损失速率降低。

蚕茧的高温高压水脱胶研究

采用125℃高温高压水对桑蚕茧进行脱胶处理,优选了相关的处理条件,并比较了不同脱胶方法的脱胶效果。试验结果表明:高温高压水可充分脱除丝胶,在70min内,不会损伤丝纤维的强力及结构;脱胶效果优于中性皂、碳酸钠。

高温高压水环境中腐蚀产物膜的研究现状

高温高压水是轻水核反应堆冷却系统的主要服役环境,反应堆压力容器、管道及蒸汽发生器等构件材料在高温水中的环境损伤是影响核电安全的重要因素.材料在高温水中形成的腐蚀产物膜是影响其服役稳定与环境失效的关键.本文介绍了高温高压水环境中不锈钢和镍基合金腐蚀产物膜的形貌、结构、影响因素及形成机制,并对当前研究中存在的主要问题进行了讨论.

高温高压水环境下传热管失效形式及防腐措施研究进展

分析了在高温高压水环境下 ,压水堆 (PWR)蒸汽发生器传热管的失效形式及原因 ,总结了应力腐蚀开裂(SCC)的相关机理 ,并针对奥氏体不锈钢的应力腐蚀开裂—一种严重的环境促进腐蚀开裂 (EAC)形式 ,分析了相应的解决措施 。

硫和溶解氧含量对低合金钢高温高压水腐蚀疲劳性能的影响

试验研究了轻水堆核电站压力容器用低合金钢A533B在模拟核电高温高压水环境下的低周疲劳行为,具体为钢中硫含量和高温水中的溶解氧含量对钢疲劳寿命的影响和裂纹的萌生行为。结果表明,当硫含量小于0.015%(质量分数,下同),疲劳寿命随着硫含量的增加呈幂函数下降,当硫含量大于0.015%时,寿命趋于饱和;当硫含量较高时,疲劳裂纹为多裂纹源萌生,并且裂纹主要萌生于表面或者近表面含硫夹杂物;当溶解氧含量在0.05 mg/L至0.5 mg/L之间时,疲劳寿命随溶解氧的增加呈幂函数降低,当溶解氧含量大于0.5 mg/L和小于0.05 mg/L时,疲劳寿命趋于饱和;当溶解氧含量较高时,裂纹主要萌生于样品表面的点蚀坑;低溶解氧时,样品表面的腐蚀产物以Fe3O4为主,高溶解氧时腐蚀产物以Fe2O3为主。

高温高压水中乙酸苯酯无催化水解反应动力学

测定了乙酸苯酯在高温高压水中(压力15MPa,温度152～216℃)的水解反应动力学数据。结果表明在无任何外加催化剂的情况下,乙酸苯酯能够顺利进行水解反应。随温度升高,反应速率迅速增大,选择性从不足50%提高到80%以上。拟合得到反应活化能为67.77kJ/mol。

高温高压水中干酪根热解的拉曼光谱原位研究

利用对顶砧压腔装置,以金刚石作为顶砧,通过观测和采用拉曼光谱对干酪根在高温高压水中热解的具体过程进行了原位研究。由于金刚石顶砧只在约1 332 cm-1波数出现一个很强很尖锐的峰,因此用于压标的石英、介质水以及样品干酪根的拉曼峰都未受影响。测试了在450℃和850 MPa条件下干酪根变化的拉曼峰。随着温度和压力的增加,干酪根在1600 cm-1波数附近由于芳香环振动引起拉曼峰的最大峰位置(mνax)和半高宽(FWHM)存在转折变化。在干酪根热解之前,其芳香环结构和无序结构之间的缺陷向有序化变化。而对于干酪根的热解过程,先是热解为液相碳氢化合物,随后进一步热解为更小分子的成分,如CH4。干酪根的热解过程与压力密切相关,增加压力对热解存在抑制作用。

高温高压水条件下尼龙6的分解及其动力学研究

用水作为反应介质,研究了尼龙(PA)6在高温高压水中的分解行为,采用傅里叶变换红外光谱对其固相产物进行了分析,采用液相色谱利用外标法对其液相产物进行了分析。结果表明,固相产物为未分解的PA6,而绝大部分的液相产物为ε-己内酰胺。考察了不同的反应压力、温度、反应时间对分解反应的影响,证明提高温度、延长时间、增加压力有利于PA6的水解。采用紫外分光光度计对得到的ε-己内酰胺进行定量分析,并通过Arrhenius公式计算得到其在亚临界条件下的活化能为41.98kJ/mol。

用高温高压水精练蚕丝及冻结解冻法回收丝胶的研究

以粗纤度生丝及普通纤度生丝为材料 ,采用高温高压水精练蚕丝 ,丝胶的平均分子量随温度的增加逐步降低 ,10 0℃时丝胶分子量为 2 0万～ 6 5万 ,130℃时 ,为 13万～ 4 3万以下。蚕丝经 12 0℃精练 1h后脱胶干净 ,且练液无污染 ,利于丝胶的回收利用。采用冻结解冻法回收其丝胶 ,可使 110℃精练的丝胶回收率达 80 %以上 ,温度增高回收率降低 ,冻结次数增多回收率提高。

电解抛光工艺对600合金在高温高压水环境中腐蚀行为的影响

从电解抛光影响合金表面化学成分与结构的角度出发,利用扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)等方法研究了硝酸-甲醇(0℃,10s,3V)和硫酸-磷酸-水(70℃,30s,0.2A/cm2)两种不同电解抛光液对600合金在高温高压水环境中腐蚀行为的影响。结果表明:经硝酸-甲醇溶液抛光后(EPS-1),试样表面的初始产物膜比经硫酸-磷酸-水(EPS-2)溶液抛光后的厚,且EPS-1产物膜中氢氧化物的含量比EPS-2中的高;高温高压水环境腐蚀试验后两种抛光表面都形成双层结构氧化膜,即富铬内层和分散的富镍、铁氧化物颗粒外层;EPS-2产物膜中氢氧化物含量低于EPS-1的且铬含量高于EPS-1的,EPS-2产物膜的致密性和保护性更好,能有效减缓腐蚀进程,形成较薄的氧化膜。分析认为这是由于在两种溶液中电解抛光后样品表面形成了成分与结构不同的初始产物膜。

高温高压水环境下位移幅值对690合金传热管切向微动磨损的影响

由于试验装置的限制,在模拟工程服役环境的高温高压水环境下对三代核电用690合金管/405不锈钢抗振条(AVB)的高频微动磨损研究存在不足,影响了对核电厂蒸汽发生器传热管结构完整性评价的有效性。在模拟压水堆核电厂二回路高温高压水环境下,以690合金传热管为研究对象,开展高频切向微动磨损试验。试验研究不同位移幅值(D=20、30、40、80、120μm)对690合金管微动磨损行为的影响。试验结束后,借助扫描电子显微镜、能谱仪和三维形貌仪对磨损区域进行形貌表征、能谱分析和磨损体积计算。试验结果表明:随着位移幅值的增加,磨损接触面积增大,磨损深度和磨损体积均增加,磨损加剧。当位移幅值较小时(D=20、30、40μm),磨屑不易排出接触面,多黏着在磨痕中心,磨损机制主要是黏着磨损;当位移幅值增加至80、120μm时,磨屑分布均匀,磨损机制向剥层磨损转变。随着磨损机制的转变,磨损率呈现先增加后降低的趋势,在D=80μm时,磨损率最大。通过更符合工程实际的高温高压水环境试验,对比了不同位移幅值下的传热管微动磨损性能,给出了磨损率随位移幅值变化的趋势,初步阐明了磨损机制,有利于核电装备的摩擦学性能提升,对核电厂690传热管的结构完整性评价有较好的指导作用。

核电高温高压水中材料腐蚀关键测试技术

针对核电厂核岛关键设备的主要腐蚀失效模式以及实验室模拟试验的关键难点问题,自主设计并研制了系列在模拟核电高温高压水环境中开展材料多种腐蚀损伤试验的关键测试装备和原位测试技术,用于材料腐蚀损伤试验研究和安全评价。设计并研制了在严格模拟核电站高温高压水化学环境中,材料在加载条件下的光学、光谱、声发射、电化学、裂纹扩展、应变等原位腐蚀损伤模拟装备和测试技术;设计并研制了核电高温高压水中划伤再钝化暂态电化学测试设备,用于快速评价材料应力腐蚀敏感性,使评价时间从以年和月为单位缩短到以天为单位;研制了在模拟核电高温高压水中材料的腐蚀电化学、应力腐蚀、腐蚀疲劳、腐蚀磨损、缝隙腐蚀、辐照促进应力腐蚀等多种腐蚀失效行为的模拟设备与原位测试技术。这些测试技术形成了一系列标准。利用这些新装备和标准进行试验并获得了大量数据规律,成功用于解决我国核电站的设计、建造与运行中核电材料的数据规律缺失、核电站运行许可证延续、服役安全评价问题。最后提出了核电材料与装备腐蚀领域的发展趋势与未来值得重视的10方面课题。

Incoloy 800H合金在碱性高温高压水中的表面特性研究

对675℃时效0~10 000 h的Incoloy 800H合金(800H合金)在300℃/10 MPa的碱性高温高压水化学环境中的腐蚀电化学行为和氧化膜显微特征进行了系统研究。通过腐蚀电化学测试、长期浸泡、扫描电镜/透射电镜观察、拉曼光谱/快速傅里叶变化分析等方法,掌握了800H合金腐蚀电化学行为、表面膜形态成分特征随时效时间的变化规律。研究结果表明:时效处理可使800H合金传热管在高温高压水中的开路电位和自腐蚀电位Ecorr小幅升高,但时效时间延长对电化学行为影响不显著;800H合金在高温高压水中呈现钝化过钝化转变,生成的氧化膜呈多层结构,最外层为弥散分布的大颗粒氧化物,组成为Fe2O3或NiFe2O4;中间层为较为致密的小尺寸氧化物,多为NiFe2O4或FeCr2O4;内层则是致密且连续的氧化物,为含Cr和少量Fe的非晶或纳米晶氧化物。800H合金在300℃/10 MPa的碱性高温高压水中具有较好的抗腐蚀性和表面稳定性。

核电主管道不锈钢在高温高压水环境下的疲劳裂纹萌生行为

利用腐蚀疲劳测试系统研究了高温高压水环境下两种压水堆核电站一回路主管道用不锈钢的腐蚀疲劳裂纹萌生行为。结果表明,316LN奥氏体不锈钢的裂纹主要在材料表面的驻留滑移带处萌生,少量裂纹在两簇驻留滑移带交界的亚晶界面处。含有少量铁素体的Z3CN20.09M奥氏体不锈钢的疲劳裂纹依次在试样表面的驻留滑移带处、相界处和点蚀坑处萌生,但主要是在驻留滑移带处。通过研究高温高压水环境下氧化膜的组成和腐蚀疲劳试样横截面的形貌,分析了疲劳裂纹在滑移带处萌生的机理。最后对比分析两种不锈钢裂纹萌生机制的异同,并讨论了铁素体对材料腐蚀疲劳性能的影响。

热老化316L不锈钢在模拟核电溶解氧/氢高温高压水中应力腐蚀裂纹扩展行为

利用直流电位降(DCPD)和高温高压腐蚀测试系统,开展了热老化2 000 h的316L不锈钢(SS)样品在320℃、13 MPa的模拟核电-回路含1.5×10-3 B和2.3×10-6 Li的高温高压水中的应力腐蚀裂纹扩展速率(CGR)测试。结果表明,当溶液中的溶解氧(DO)含量从2×10-6逐步降低至10-6、5×10-7、10-7以及5×10-9时,热老化316L SS的CGR逐渐降低,其中DO降低至5×10-7以及更低时,CGR降低明显。当溶液由DO转为溶解氢(DH)时,CGR进一步降低。利用扫描电子显微镜(SEM)以及电子背散射衍射(EBSD),对测试后样品的断口形貌以及裂纹扩展路径进行了观察,断口呈现典型的沿晶应力腐蚀开裂(IGSCC)形貌。DO/DH的改变主要影响了裂纹尖端的传质过程以及裂纹尖端新鲜表面的再钝化过程,进而影响CGR。热老化2 000 h对316L SS的微观结构以及在高温高压水中的应力腐蚀CGR影响较小。

304L不锈钢在高温高压水蒸气中的应力腐蚀开裂行为

目的研究304L不锈钢在高温高压水蒸气中的应力腐蚀开裂行为及机理。方法采用慢应变速率试验分别研究了304L不锈钢在常温常压水、高温高压水、高温高压水蒸气环境中的应力腐蚀开裂行为。利用SEM、三维立体显微镜和XPS,分析试样氧化后断口区域的形貌及元素分布。结果304L不锈钢在常温常压水中的抗拉强度为730MPa,拉伸率为94.32%。在高温高压水、高温高压水蒸气环境中的抗拉强度分别为382、379MPa,拉伸率分别为44.98%、47.38%。304L不锈钢在三种试验环境中慢拉伸后的断口表面布满大量韧窝,断口全貌呈韧性断裂特征,高温高压水、高温高压水蒸气中试样的抗拉强度较常温常压水中明显下降。304L不锈钢在高温高压水环境和水蒸气环境中得到的XPS谱图中各结合能峰位置几乎相同,峰的相对强度因载荷的不同而发生变化。施加载荷后,在高温高压水环境中304L不锈钢表面氧化物中的Cr含量增加,而在高温高压水蒸气环境中的Cr含量略有下降。结论304L不锈钢在高温高压水和高温高压水蒸气环境中具有相似的最大抗拉强度和最大应变值。施加载荷将影响304L不锈钢氧化过程中金属元素扩散的速度,进而影响氧化产物的成分。

高温高压水中镍和铬表面氧化膜的原位表面增强型拉曼光谱研究

采用原位表面增强型拉曼光谱方法,研究了铬和镍在高温高压水中生成的表面氧化膜。镍氧化膜的拉曼光谱峰在540cm-1处,对应于NiO膜中形成的缺陷。电位小于-0.75V时,弱540cm-1峰源于样品表面的残余氧化物。电位大于-0.7V时,540cm-1峰较强,镍表面已生成稳定的NiO膜。铬氧化膜拉曼光谱有1个540cm-1强峰和1个610cm-1弱峰,对应于CrOOH或Cr2O3或两者的混合物。电位增大时,610cm-1峰强度减小,可能是因为氧化物从CrOOH转变成Cr2O3。本文的研究结果为Ni-Cr合金表面氧化物的判定提供了依据。

新建75t/h高温高压水煤浆锅炉的设计与调试

吉林石化公司有机合成厂新建 75 t/h 高温高压水煤浆锅炉属国内首创产品。燃烧调整试验证明锅炉燃料适应性能好,烧油、烧气和烧浆均能满足设计要求,浆气混烧和全烧浆时燃烧效率均在 99%以上。

TP439不锈钢在高温高压水中的应力腐蚀开裂行为

采用扫描电镜、动电位极化曲线和慢应变速率试验研究了TP439不锈钢的组织形貌及其在高温高压水中的应力腐蚀开裂行为。结果表明:TP439不锈钢的微观组织为典型的铁素体等轴晶粒,晶内分布有一定数量的细小碳化物;3.5%(质量分数)NaCl溶液中,其腐蚀电位为-0.25V(SCE,下同),点蚀电位约为0.18V;三种温度条件下铁素体不锈钢的慢应变拉伸曲线相似,断口形貌主要为韧性断口;温度对铁素体不锈钢在高温高压水中应力腐蚀行为无明显影响,TP439不锈钢在此环境中的应力腐蚀敏感性较低。