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。

电磁搅拌和二冷区冷却强度对Incoloy800H高温合金连铸坯的内部质量影响

研究了不同方式的二冷区电磁搅拌和冷却强度对Incoloy800H高温合金连铸坯凝固组织和内部裂纹的影响。研究结果表明:施加电磁搅拌后的连铸坯内部等轴晶组织比例增加,晶粒细化。单向连续电磁搅拌增加等轴晶比例和细化晶粒的作用效果优于正反交替电磁搅拌。当二冷区冷却水流量由3.0 m^3/h增加至7.1 m^3/h时,等轴晶比例减小,晶粒粗化;电磁搅拌对连铸坯内部裂纹有抑制作用,且单向连续电磁搅拌效果最好。当二冷区冷却强度增加时,铸坯内部熔体的温度梯度增加从而增大热应力,同时由于电磁搅拌的作用时间的减少,使铸坯内部质量恶化,产生严重的内部裂纹。

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。

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。

基于ASMEⅢ-5中800H合金材料数据的高温部件非弹性分析评价方法

ASME规范第Ⅲ卷第5册(简称ASMEⅢ-5)为高温部件设计提供了具体可实行的弹性分析方法,但并未指定开展非弹性分析所需要的详细全面的材料非弹性本构模型,因而使得设计者无法直接依据现有规范执行高温部件的非弹性分析评价。高温气冷堆蒸发器高温部件主要采用800H合金。依据ASMEⅢ-5提供的800H合金等时应力应变曲线重构非弹性本构模型,完成弹塑性和蠕变本构模型的验证,再借助Abaqus子程序的数值编程工具开发计算程序,并结合蠕变断裂和疲劳性能数据,实现了基于非弹性分析的高温部件应变限值评价和蠕变-疲劳损伤评价,最后通过算例将非弹性分析方法与弹性分析方法评价结果进行对比,进一步展示非弹性分析方法的运用场景与优势。

Incoloy800合金的高温微动磨损特性

采用PLINT高温微动磨损试验机,研究核电用管材Incoloy800合金的高温微动磨损机制和动力学特性。Incoloy800合金圆管试件与0Cr18Ni9不锈钢配副件圆柱体在水平面上垂直交叉接触,控制法向载荷为80N、位移幅值为2～20μm、循环次数为3×104次,在不同温度(25℃、300℃和400℃)下进行微动磨损试验。结果表明:当载荷、温度一定时,随着位移幅值的增大,Incoloy800合金的微动运行经历从部分滑移区向混合区和滑移区规律性的转变。温度升高并未对微动运行的区域特性以及部分滑移区的稳态摩擦系数产生显著影响,但在混合区和滑移区,稳态摩擦系数随温度的升高而明显降低。Incoloy800合金的高温微动磨损机制主要表现为摩擦氧化、磨粒磨损与剥层的共同作用。

800H合金的高温抗氧化性能

利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)等,对800H合金高温氧化膜的增厚动力学、形貌及氧化物组成进行了分析。结果表明,700和800℃下形成的氧化膜相近,由(Cr,Fe)2O3和Mn-Cr氧化物组成;900℃时的氧化膜急剧增厚,里层依然是Cr2O3,中间层则是Cr-Fe-Mn氧化物,外层为富Ti的氧化物。通过热力学和动力学计算,提出了800H合金氧化膜形成的模型,发现TiN的存在改变了氧化膜的结构。

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。

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。

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。

Incoloy 800H合金的开发

研制了一种Incoloy 80 0H合金并对其成分、力学性能、金相组织、晶粒度进行了检测 ,表明研制并生产出的板材、棒材 ,其质量达到了标准规定要求 ,满足了特定焊结构件用材的技术条件规定 ,并成功用于石油行业。

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材料的盘管加热器的制作工艺

介绍了采用Incoloy800H特材制作的盘管式工业用电加热器的制作工艺。对制作过程中的热加工工艺、焊接工艺以及热处理工艺都做了简要的介绍。结合盘管的制作和使用要求以及材料本身的特殊性,对各个工艺环节的重点和难点做了说明,提出解决的方法,对可能出现的问题提出预防的措施。

基于热压缩模拟实验的800H合金高温变形行为研究

通过对800H合金进行单道次热压缩模拟实验,得到了不同温度、不同应变速率的应力-应变曲线,并通过计算机软件分析,研究了其在不同变形条件下的动态再结晶行为和诱变析出相。结果表明:800H合金在高温变形过程中,高应变速率的变形储能随位错密度的增大不断增加,动态再结晶的临界温度也随之下降。在本文实验条件下,800H合金析出相的含量发生变化的临界温度为950℃。

Incoloy 800H合金粉化腐蚀原因分析

本文对Incoloy 800H高温合金的腐蚀机理作一分析和探讨 ,提出相应的整改措施 ,供对类似故障的处理作一参考。

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。

固溶处理对800H高温合金力学性能的影响

通过对800H高温合金固溶处理后的试样分别进行拉伸试验和冲击试验,分析了试样断口的宏观情况,研究了不同固溶参数对800H高温合金力学性能的影响。结果表明,固溶温度对该高温合金力学性能的影响高于保温时间。

制氢转化炉Incoloy800H合金下猪尾管断裂分析

对使用3年的Incoloy800H合金的天然气制氢转化炉猪尾管开裂进行了失效分析,通过金相和扫描电镜断口分析,确定了长时间过热和结构应力过大是造成其寿命大大缩短并最终导致该猪尾管发生了蠕变开裂和内外壁面晶间氧化开裂的主要原因。