不同温度下Inconel 690TT换热管的冲击微动磨损特征研究

为了研究冲击微动磨损对蒸汽发生器换热管的影响,在200,250,285℃温度下开展了Inconel 690TT管与SUS405支撑的冲击微动磨损试验研究,通过扫描电子显微镜和能谱仪手段对磨损特征开展系统分析。结果表明,250℃和285℃温度下的磨损量相近,明显大于200℃下的试验结果。对磨损表面的分析发现,温度的升高会导致表面产生更为显著的剥层现象和表面硬度降低,进而导致磨损体积的增加。从能谱仪分析结果来看,在250℃和285℃下,氧化变得严重,但从C和Fe的含量来看,质量转移并不严重,但随温度上升质量转移略有上升。这说明冲击磨损主要的磨损机制是剥层,粘着磨损随着温度升高有上升趋势。冲击微动磨损机理研究结果对蒸汽发生器后续研究、设计和维护具有重要意义。

核电用Inconel 690合金管微动磨损损伤机理研究

蒸汽发生器承受高温高压蒸汽作用,其传热管流致振动现角由二次侧向流引起。同时,周期性载荷导致Inconel 690合金管传热管与403SS抗振条存在微动磨损现象,从而使得传热管出现裂纹甚至破裂失效等问题,进而影响核电系统安全运行。采用微动磨损试验机进行Inconel 690合金传热管与403SS抗振条在常温空气和高温空气下不同法向载荷以及位移幅值的摩擦磨损实验,并对Inconel 690合金传热管的表面磨损形貌及氧化成分进行分析,从而揭示蒸汽发生器传热管磨损失效机理。结果表明:在室温空气条件下,随着法向载荷的增大,磨痕表面出现磨屑堆积以及片层剥离,氧化程度逐渐加剧,微动磨损机制以摩擦氧化、磨粒磨损及剥层为主;在高温空气条件下,摩擦力峰值上升,磨痕深度增加且宽度减小,材料表面塑性流动显著,氧化和剥层的程度均有所加深,微动磨损机制以摩擦氧化、剥层为主。

Inconel 690/321不锈钢异种金属焊接接头组织与性能研究

针对Inconel 690/321不锈钢异种金属多层多道焊接中可能出现裂纹、未焊透、未熔合等缺陷,并伴随出现劣化组织,导致接头性能降低的问题,通过金相组织分析、化学成分分析和显微硬度测试,开展了异种金属焊接接头组织与性能研究。结果表明:各区域均为正常的焊接组织,无明显的焊接缺陷,劣化区中有TiC,但接头硬度整体偏低,塑性良好;在多层多道焊过程中,后道层对前道层焊缝区的回火作用改善了组织,性能未受明显影响。

基于加工硬化率的高温合金Inconel 690动态再结晶临界条件

利用Gleeble-3800热模拟实验机,在变形温度为1000~1200℃、应变速率为1~80 s-1条件下进行恒温、恒应变速率的热压缩实验,测试了高温合金Inconel 690(IN690)的真应力—应变曲线。采用加工硬化率方法,研究了Inconel 690高温合金的动态再结晶临界条件,并引入Zener-Hollomn参数建立了材料的临界应变、临界应力、峰值应变和稳态应变的模型。采用加工硬化率方法确定的动态再结晶发生的临界应变值与Sellars提出的经验模型相吻合。

Inconel 690合金高温微动磨损特性研究

采用SRVⅣ高精度微动磨损试验机研究核电材料Inconel 690合金的高温微动磨损行为和机制.结果表明:温度升高使摩擦系数和磨损量逐渐减小;温度升高至270℃,微动区域特性由完全滑移区转变为部分滑移区;室温下,由剥层造成的表面磨损占主导地位,随着温度的升高,疲劳裂纹的萌生和扩展为微动的主要破坏机制.摩擦氧化主要发生在滑移区,中心黏着区相对很少.在部分滑移区,疲劳裂纹萌生在黏着区与微滑区交界处.室温下亚表层更易出现剥层,高温下更易形成压实的氧化层.

Inconel 690镍基合金平衡相的热力学计算和实验分析

采用Thermo-Calc软件研究了经1 t真空感应炉+电渣重熔工艺冶炼的典型Inconel 690镍基合金(%:0.015C、29.42Cr、9.10Fe、0.26Ti、0.16Al)的平衡相析出规律,以及合金成分对M_(23)C_6相析出行为的影响。通过扫描电镜、透射电镜、选区电子衍射和X-射线能谱法对固溶和敏化处理的Inconel 690合金的组织进行了实验分析。结果表明,Inconel 690镍基合金平衡态析出相主要为M_(23)C_6和M(CN);当固溶温度≥1000℃时,M_(23)C_6完全溶解。计算结果指出,合金中碳含量对M_(23)C_6析出量的影响最大。

核用Inconel 690焊丝TIG焊微裂纹产生机理研究

针对国际上核用Inconel 690焊丝TIG焊微裂纹问题,利用扫描电镜、俄歇电子分析等方法对微裂纹断口微观组织形貌、特征点的成分进行研究。结果表明,Inconel 690焊丝TIG焊微裂纹主要是结晶裂纹,原因是由S,P在晶界偏析引起的低熔点共晶物。通过对结晶裂纹的产生机理和影响因素的系统研究,指出Inconel 690焊丝TIG焊微裂纹主要是由S,P引起的结晶裂纹,而不是只有DDC裂纹,通过定量分析S,P与裂纹关系,提出了防止微裂纹产生的条件,并制造出无微裂纹的HS690,HS690M焊丝。

Inconel 690合金的高温拉伸变形行为

采用Gleeble-3800型热模拟试验机研究了Inconel 690镍基合金在1000～1250℃、应变速率为0.1～10s^(-1)条件下的高温拉伸变形行为,获得了流变应力和断裂特征随变形温度和应变速率的变化规律。结果表明:该合金在高温拉伸变形中的流变应力随变形温度的升高而减小,随应变速率的增大而增大,1100～1250℃是其较佳的塑性变形区;合金的高温拉伸变形流变应力可用双曲正弦形式的本构方程来描述,其变形激活能为654.7kJ·mol^(-1);随着变形温度的升高和应变速率的增大,合金的断裂机制由微孔聚集型断裂向沿晶断裂转变。

工艺参数对高温合金Inconel 690管坯扩孔热成形影响的有限元模拟

通过高温压缩实验获得Inconel 690合金的应力-应变曲线,并构建了在高温下塑性变形的本构关系。针对Inconel690管坯扩孔质量缺陷,结合热变形本构关系,建立了扩孔过程的二维轴对称有限元模型,分析了不同工艺参数对扩孔热成形的影响。结果表明,扩孔头锥角过大使得缩径量加大,坯料同心度和管壁厚尺寸稳定性下降,扩余增加;锥角过小,管坯头部不平整度增大,增加了端面的修磨和清理,并且增加了扩孔头长度,与扩孔杆装配难度增大。当润滑不好时,扩余高度显著增大,材料利用率降低,内孔表面更加粗糙,易产生折叠缺陷,且加剧了扩孔杆的磨损。

接触应力和高温环境对Inconel 690合金微动疲劳寿命的影响

核电设备中的蒸气发生器传热管材料Inconel 690合金在高温高压力下易发生微动而影响其使用寿命。在Instron 8850动态疲劳试验机上采用自制的微动疲劳装置,研究了Inconel 690合金钢与同种材料对摩时的微动疲劳特性,重点考察了接触应力与环境温度对其微动疲劳寿命的影响。结果表明:当接触应力较小时,微动桥压块与试件表面间有相对滑动,微动运行于滑移区,且微动疲劳寿命随接触应力的增加快速下降;当接触应力超过80 MPa后,微动运行于混合区,当接触应力在120 MPa左右时微动疲劳寿命达到最低值;而随着接触应力的继续增大,微动由混合区向部分滑移区转变,疲劳寿命呈上升趋势;环境温度的升高加速了微动接触界面的氧化并可导致疲劳寿命下降;当温度超过300℃时,微动疲劳寿命接近最低值且不再随环境温度的增加而发生明显下降。

Inconel 690合金的固溶处理制度

研究了1050～1200℃固溶处理对Inconel 690合金微观组织的影响。结果表明:固溶温度对合金微观组织的影响比较大,当固溶温度为1050℃时,晶粒由初始约10μm长大到19μm,当温度超过1125℃时,晶粒长大速度加快,当温度达到1150℃时,晶粒迅速长大到66.1μm。合金中的富铬碳化物含量随固溶温度的升高而逐渐减少,在1125～1150℃进行固溶处理时,碳化物全部溶解。由公式计算,结合扫描电镜结果,确定出合金中富铬碳化物的完全溶解温度为1136℃左右。

Inconel 690合金高速热变形过程中动态再结晶机理研究

采用Gleeble-3800热模拟实验机,对Inconel 690合金的高速热变形机理及微观组织演变机制进行了研究。试验中采用的变形温度为1 000~1 200℃,真应变为0.9,变形速率为50 s-1。利用光学显微镜OP、电子背散射衍射EBSD和透射电镜TEM研究了Inconel 690合金在高速热变形过程中组织演变的特点及动态再结晶机制。结果表明:Inconel 690合金动态再结晶的晶粒尺寸随温度的升高和应变速率的降低而增大;其动态再结晶机制主要为亚晶直接转变为晶粒不连续动态再结晶(DDRX)。

Fretting wear behavior of Inconel 690 in hydrazine environments

The friction and wear behaviors of Inconel 690 flat against Si3Ni4 ball were investigated using a hydraulic fretting test rig equipped with a liquid container device. The loads of 20-80 N, reciprocating amplitudes of 80-200 μm and two different environments （distilled water and hydrazine solution at temperatures from 25 to 90 ℃） were selected. The results show that the ratio of Ft/Fn is lower in distilled water than that in hydrazine solution at the same temperature in the slip regime. Both the ratio of Ft/Fn and wear volume gradually increase with increasing medium temperature under the given normal load and displacement amplitude. Besides the displacement amplitude and load, temperature also plays an important role for wear behavior of Inconel 690 material. The increase of temperature could reduce the concentration of dissolved oxygen, and promote the absorption reaction of hydrazine and dissolved oxygen. As a result, the oxidative corrosion rate is obviously lowered. Abrasive wear and delamination wear are the main mechanisms of Inconel 690 in distilled water. However, in hydrazine solution the cracks accompanied by abrasive wear and delamination wear are the main mechanisms.

热等静压对Inconel 690合金堆焊层腐蚀行为的影响

采用TIG焊在不锈钢表面堆焊Inconel 690合金,并取部分试件在压强150 MPa,温度为1 120℃的条件下热等静压(HIP)处理2h。借助于金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)观察了HIP处理前后Inconel 690合金堆焊层的组织以及浸泡腐蚀后的微观形貌;并通过浸泡腐蚀试验、极化曲线和电化学阻抗谱,研究了HIP对堆焊层在含Cl-溶液中腐蚀行为的影响。结果表明:HIP处理后堆焊层内部晶界处析出大量碳化物(Cr23C6),致使其在腐蚀液中由先前的点蚀转变为了晶间腐蚀;HIP处理后堆焊层的耐蚀性变差,其腐蚀速率约为HIP处理前的2.3倍。

钛含量对Inconel 690镍基合金力学性能的影响

研究了Ti含量(0.35%～1.10%)对Inconel 690镍基合金(%:0.034～0.036C、29.40～29.68Cr、9.11～9.22Fe、0.34～0.36A1、0.004 4～0.004 5N)950～1 100℃水冷+715℃15～100 h空冷后的室温和350℃的组织和力学性能。结果表明,含1.10%Ti合金的强度(R_m和R_(p0.2))较含0.35%～0.70%Ti合金的强度高200～400 MPa,强度提高的主要原因为715℃时效后1.10%Ti合金析出3.70%～3.99%γ′强化相,而0.35%～0.70%Ti合金715℃时效后γ′强化相析出量仅为0～0.53%。

真空感应炉坩埚材质对镍基合金Inconel 690氧硫含量的影响

研究和分析了200 kg和500 kg真空感应炉镁质(/%:97.60MgO、1.34CaO)、钙质(/%:98.70CaO、0.55MgO)和铝镁质(/%:85.57Al_2O_3、11.36MgO、2.47CaO)坩埚对所熔炼的Inconel 690镍基合金(/%:0.01～0.03C、27.0～31.0Cr、7.0～11.0Fe)中氧、硫含量的影响。结果表明,铝镁质坩埚冶炼的合金中氧含量最低,为(10～15)×10^(-6)[O]和(50～60)×10^(-6)[S];CaO坩埚冶炼的合金中硫含量最低,为10×10^(-6)[S]和(27～48)×10^(-6)[O];MgO坩埚冶炼的合金中氧、硫含量较高,为(50～60)×10^(-6)[S]和(24～35)×10^(-6)[O]。

传热管用Inconel 690合金概述

针对目前使用最为广泛的第三代Inconel690合金传热管,通过对其化学成分、物理常量、机械性能、耐腐蚀性四个方面的概述,能够基础性的理解该合金,为今后在进口核安全设备—Inconel690合金传热管的审评过程中起到一定的作用。

晶界工程处理对Inconel 690TT合金微动磨损行为的影响

采用热处理加冷轧的晶界工程处理,利用OM,SEM,EBSD和白光干涉仪等研究Inconel 690TT合金在室温与320℃空气中的微动磨损行为。结果表明:经5%冷轧变形及高温短时间退火处理后Inconel 690TT合金的显微组织中低∑重位点阵(CSL)晶界比例达到70%以上;Inconel 690TT合金试样在室温和320℃下的微动磨损体积与摩擦因数均随硬度增加而降低,随晶粒尺寸和低∑CSL晶界比例增加而增大;在相同微动实验参数下,晶粒尺寸越大、低∑CSL晶界比例越高试样的微动运动区域特性倾向于完全滑移,反之倾向于部分滑移;与晶粒尺寸相比,低∑CSL晶界比例对晶界工程处理试样的微动磨损抗力的影响更强,低∑CSL晶界比例越高材料的抗微动磨损能力越差,晶界工程处理不利于提高材料的微动磨损抗力。

核电安全端Inconel 690合金堆焊层界面微观组织及力学性能研究

Inconel690镍基合金因其优异的抗晶间腐蚀能力而常应用于压水堆核电蒸汽发生器的管板堆焊隔离层。采用热丝TIG堆焊的方法在核电用SA508Gr.3Cl.2低合金钢表面堆焊Inconel 690镍基合金隔离层,并在焊后进行等温热处理以消除残余应力。采用OM、SEM、XRD对堆焊层和基体金属进行了组织表征,并对堆焊层和母材进行冲击韧性、硬度及拉伸性能进行测试和分析。研究结果表明,堆焊层组织在室温下的抗拉强度达到541.4 MPa,断后伸长率达到39.89%,基体低碳钢的抗拉强度为687.3 MPa,伸长率为20.8%。通过显微硬度测试得出堆焊层奥氏体组织平均硬度为140.8 HV,低于母材的159.5 HV。Inconel690堆焊层晶界附近析出的M23C6、NbC以及Ti C等碳化物相可对晶界产生钉扎作用,其在界面上的分布状态对提升堆焊层的高温力学性能和服役安全具有重要意义。

Inconel 690镍基合金焊接研究进展

Inconel 690镍基合金是一种面心立方结构的高温合金,具有优异的耐高温及耐腐蚀性能,被广泛应用于核电、石油化工和航空航天等领域。文中主要从焊接方法、凝固裂纹敏感性和高温失塑裂纹敏感性三个方面对Inconel 690镍基合金的焊接研究现状进行了总结和分析。传统熔化焊方法焊接Inconel 690镍基合金时易引起晶粒粗大、元素偏析并增加裂纹敏感性,而能量密度高的激光焊有望解决此类问题,然而相关研究较少;对铌的最佳含量范围存在很大分歧,析出相诱导机制的机理尚未明确,从工艺角度改善凝固裂纹和高温失塑裂纹的研究仍需进一步研究。