基于可靠度的Incoloy800H管材蠕变性能分析

结合蠕变特征量-温度参数模型,研究了Incoloy800H管材在600~1050℃下的蠕变行为,拟合得出材料稳态蠕变速率、蠕变断裂时间、蠕变第3阶段起始时间的可靠性方程,并建立了管材容许应力与服役温度、可靠度的关系。结果表明,确定的蠕变特征量可靠性方程可以较好地预测Incoloy800H管材稳态蠕变速率、蠕变断裂时间、蠕变第3阶段起始时间的变化行为。长时蠕变数据均位于对应蠕变方程在可靠度0.997条件下的预测区域内。与ASME推荐的容许应力值相比,蠕变特征量可靠性方程可以提供更为准确的容许应力评估结果。

服役炉管材料Incoloy 800H高温断裂韧性研究

介绍了服役炉管材料Ineoloy 800H在550,680℃下高温断裂韧性的试验研究情况。研究表明,服役炉管材料Incoloy 800H高温断裂韧性随温度升高而下降,在680℃下约为80～100 kJ／m2,550℃下断裂韧性值更高,试验结果为服役炉管高温短时断裂安全评估提供了重要依据。

Incoloy800H合金管材服役过程的开裂机制

利用光学金相、扫描电镜、电子探针等手段对制氢转化炉Incoloy800H管材服役后的组织损伤特征进行分析,并借助弹塑性有限元法分析了管材服役过程温差应力与管材开裂的关联性。结果表明,Incoloy800H管材在服役过程中发生了晶界氧化、晶间腐蚀及元素偏聚现象,管材内壁附近出现3个区域(氧化区,贫碳化物区,碳化物区),其中贫碳化物区深度可达100μm;服役过程贫碳化物区晶界抗蠕变能力的下降及服役过程中管材内壁周向温差应力的综合影响导致Incoloy800H管材服役过程裂纹的萌生及扩展。

Incoloy800H传热管抗晶间腐蚀性能研究

采用GB/T15260—94B法(即铜-硫酸铜-16%硫酸测定镍基合金的晶间腐蚀敏感性的方法)对国产Incoloy800H传热管在不同条件下的晶间腐蚀试验结果进行研究,并与进口Incoloy800H合金管的抗晶间腐蚀性能进行对比。分析结果表明,影响合金抗晶间腐蚀能力的主要因素是C、Ti含量,其敏感性随C含量的增加而递增,加入Ti元素是降低晶间腐蚀敏感性和防止晶间腐蚀的有效措施。

Incoloy800H合金晶间腐蚀敏化条件试验

采用硫酸-硫酸铜腐刻试验和双环动电位电化学再活化(DL-EPR)试验研究Incoloy800H合金晶间腐蚀敏感性,分析敏化温度与敏化时间对Incoloy800H合金晶间腐蚀敏感性的影响。分别采用光学显微镜、扫描电子显微镜和X射线能谱对Incoloy800H合金敏化试样的微观结构和DL-EPR测试后的表面形貌、表面元素进行表征。结果表明:随着敏化温度升高和敏化时间延长,Incoloy800H合金的晶间腐蚀敏感性先增大后减小,在750℃敏化处理4 h后Incoloy800H合金的敏化程度最大,再活化率达到71.8%;高温环境下,碳化物在Incoloy800H合金晶界析出形成贫铬区,导致Incoloy800H合金出现晶间腐蚀倾向;当敏化温度和敏化时间超过临界值时,贫铬区发生铬元素的自修复,晶间腐蚀敏感性显著减小。

核电站蒸汽发生器用Incoloy800H传热管抗晶间腐蚀性能研究

对核电站蒸汽发生器用Incoloy800H传热管在不同敏化条件下进行晶间腐蚀试验,结果表明,未经敏化处理而直接进行晶间腐蚀试验的试样未见明显宏观裂纹,而经敏化处理的试样发生了不同程度的宏观裂纹,且敏化时间越长,裂纹倾向越严重。因此,为提高Incoloy800H传热管的抗晶间腐蚀能力,应降低C含量,提高Ti含量,同时严格控制介质的环境,以避免传热管晶间腐蚀裂纹的发生。

应力和水化学参数对Incoloy800H合金晶间腐蚀的影响试验

应用静态浸泡和动电位极化曲线测量,并结合金相显微镜观察,试验研究了某核电机组蒸汽发生器启动过程中应力和水化学参数对Incoloy800H合金晶间腐蚀的影响。结果表明:应力作用显著提高了Incoloy800H合金晶间腐蚀敏感性,且随着应力增大晶间腐蚀敏感性增强;氯离子质量浓度、溶解氧量和p H值等水化学参数对Incoloy800H合金晶间腐蚀具有显著影响,降低氯离子质量浓度和溶解氧量、提高p H值,可有效抑制Incoloy800H合金晶间腐蚀的发生。

Incoloy800H合金在高温纯水蒸气中的氧化行为

采用不连续称重法、X射线衍射及扫描电子显微镜等研究了Incoloy800H合金在750℃和850℃纯水蒸气中的氧化行为。结果表明:试验合金的氧化动力学近似遵循抛物线规律,温度升高后其氧化急剧加速;在750℃蒸汽中氧化后,试验合金表面形成以(Cr,Mn)_2O_3为主的氧化膜,其上分布着不连续呈突起状的Fe_3O_4,在氧化膜下方基体中的铬被内氧化为Cr_2O_3;在850℃蒸汽中氧化后,试验合金表面形成双层氧化膜,外层为薄的(Fe,Mn)_3O_4,内层为厚的(Cr,Mn)_2O_3,氧化膜下方基体中的铝沿晶界发生内氧化生成Al2O3。

试验温度及热老化对Incoloy 800H合金冲击性能的影响

本文对高温气冷堆核电机组传热管高温段材料Incoloy 800H合金冲击性能进行研究,借助扫描电镜、X射线能谱和示波冲击试验等分析了试验温度以及热老化时间对Incoloy 800H合金冲击韧性和动态断裂韧性的影响。试验结果表明:固溶态Incoloy 800H合金在675℃的总冲击能量和动态断裂韧性比室温时降低约30%,主要原因是温度升高合金的强度降低。热老化300 h后室温和675℃的Incoloy 800H合金总冲击能量分别降低68.8%和55.4%,随着热老化时间的延长,冲击能量下降速度趋缓,热老化3000 h后,室温和675℃冲击能量比固溶态分别降低74.1%和60.3%,室温和675℃的动态断裂韧性降低约70%。热老化后冲击韧性降低的原因是晶界、孪晶界以及晶内大量析出相沉淀导致的材料塑性降低。根据总冲击吸收能量、动态载荷-位移曲线类型和断口韧性断面率判断热老化3000 h后Incoloy 800H合金仍具有良好的韧性。

国产Incoloy 800H合金在氦气中时效后力学性能及微观组织演化

本文研究了国产Incoloy 800H合金在675℃高纯氦气时效3000 h过程中微观组织演化情况,分别采用扫描电镜、X射线能谱、透射电镜和力学性能试验等方法分析该合金微观组织变化对力学性能的影响。研究结果表明:时效后Incoloy 800H合金力学性能良好,满足ASME SB 163-2015的要求;随时效时间延长,室温抗拉强度和显微维氏硬度呈上升趋势,与供货态相比时效3000 h后室温抗拉强度和显微维氏硬度分别上升7.1%和16.9%;时效后M23C6型碳化物在晶界和晶内析出,二次Ti(C,N)相主要在晶内析出;随着时效时间的延长,晶界不连续颗粒状M23C6型碳化物尺寸略有增大,时效3000 h后晶界附近M23C6尺寸约为400~700 nm,晶内M23C6和二次Ti(C,N)相数量显著增多,尺寸变化不大,分别约为120~160 nm和200~250 nm,未发现σ相和G相等有害相。

热变形工艺对Incoloy800H合金微观组织的影响

为提高Incoloy800H合金的质量,在Gleeble-3800热模拟试验机上,采用等温压缩的方法,研究了Incoloy800H合金的热变形行为。试验结果表明,在950～1 200℃,变形量为10%～60%,变形速率为1s-1试验条件范围内,合金具有良好的塑性,变形后试样表面质量良好;试样发生明显动态再结晶,温度越高,变形量越大,再结晶孕育期越短。该合金析出相多为TiC,TiN和Cr的碳化物,呈薄片状、菱形或不规则块状,尺寸大多在2～3μm。固溶处理后,基体析出大量的弥散细小的碳化物,在晶界处为薄片状,为裂纹易于产生与扩展的区域,对组织性能不利。

高温烟道Incoloy800H波纹管失效分析

采用不同的分析技术,对失效Incoloy80 0H波纹管材料的化学成分、微观组织、力学性能及失效波纹管裂纹与断口、波纹管上腐蚀产物进行了分析试验。结果表明:高温用Incoloy80 0H波纹管失效原因是碳化物大量在基体晶界析出、晶界两侧的贫铬区发生高温氧化以及晶界吸硫。

Incoloy800H合金大型电渣扁锭的铸态组织研究

对耐蚀合金Incoloy800H大型电渣扁锭进行了低倍组织、高倍组织和元素偏析等分析,掌握了其铸态组织形貌及成分偏析的特点,为今后耐蚀合金大型电渣扁锭开发作参考和指导。

Incoloy 800H合金在675℃蒸汽中的氧化机理研究

Incoloy 800H合金被用于我国首台高温气冷堆核电机组传热管高温段,其最高设计温度达到675℃,对其在设计温度下的蒸汽氧化性能进行研究,采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和X射线能谱(EDS)等表征了Incoloy 800H合金的氧化层结构。试验结果表明:800H合金在675℃蒸汽中的氧化动力学曲线接近立方规律,氧化增重的立方与时间接近正比关系。氧化层呈双层结构,外层主要为Fe3O4和Fe2O3及少量Ni,内层为中间分布着少量金属Ni、Al2O3和TiO_(2)颗粒的Cr2O3纳米晶,在邻近氧化层的基体金属中,分布着Cr2O3、Al2O3和TiO_(2)内氧化颗粒。

Incoloy 800H合金在模拟服役条件试验过程中的性能与组织演化研究

利用模拟试验台对Incoloy 800H合金传热管在温度675℃、管内7 MPa高压蒸汽、管外微正压氦气保护环境下进行了20000 h的试验,研究了微观组织演化及力学性能变化规律。结果表明:试验后Incoloy 800H合金具有良好拉伸性能,室温拉伸性能均满足《蒸汽发生器用Incoloy 800H管材技术要求》对新管的要求;且随试验时间的延长,抗拉强度、规定塑性延伸强度和维氏硬度均呈先上升后稳定的趋势,老化20000 h后,3项指标较供货态分别上升了13.6%、7.9%和17.7%;析出相为晶界、晶内的M_(23)C_(6)型碳化物和晶内的二次Ti(C,N)相,且随着试验时间的延长,晶界不连续颗粒状M_(23)C_(6)碳化物尺寸增大;晶内弥散分布的M_(23)C_(6)和二次Ti(C,N),在5000 h之前其尺寸随服役时间延长而增大,5000 h时M_(23)C_(6)和二次Ti(C,N)的尺寸分别为230~320 nm和350 nm,之后两者尺寸基本稳定,未发现σ相和G相等有害相。Incoloy 800H合金的抗蒸汽氧化性能较好,氧化皮剥落风险较小。

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。

核电厂用蒸汽发生器Incoloy800H传热管首次国产化实践

介绍了核电厂用蒸汽发生器Incoloy800H传热管首次国产化工艺,对试制的Incoloy800H传热管的化学成分、金相组织、常规力学性能和抗晶间腐蚀性能进行了分析,开展了约5100台时675℃高温持久试验性能试验,外推了6000 h的高温持久强度极限,上述试验结果均满足设计要求。

Incoloy 800H热交换器的焊接评定试验

通过组合焊接方法的工艺评定试验,确定了Incoloy 800H防止焊接裂纹及气孔所采用的工艺措施,选用了合理的焊接材料、坡口形式、焊接工艺参数,获得了合格的焊接接头,保证了焊接质量,解决了手工焊接效率低、质量不稳定的问题。

Incoloy800H钢管焊接的开发与应用

本文介绍了Incoloy800H钢管焊接技术的开发及其应用情况,并对其技术、经济效果进行了分析评价。

氘在Incoloy800H合金材料中的扩散渗透行为

采用气相渗透技术研究了氘在Incoloy800H合金材料中的扩散渗透行为,利用高温气相渗透实验装置和四极质谱仪测定了450~600℃温度范围内、氘压110kPa下氘的渗透实验曲线,计算得到了氘在Incoloy800H合金材料中的渗透率和扩散系数。结果表明,渗透扩散过程为扩散控制,得到的渗透率、扩散系数与温度的关系式均符合Arrhenius关系。