使用工况条件下核用18Ni(300)钢拉杆的力学性能

研究了由时效热处理18Ni(300)钢制作拉杆的显微组织,以及使用工况条件下拉杆的室温循环加载力学性能和断口形貌,分析了拉杆的断裂模式。结果表明:经过固溶处理的18Ni(300)钢呈现淬火马氏体组织,原奥氏体晶粒尺寸约为24μm,残余奥氏体面积分数约为0.26%;时效处理后,原奥氏体晶粒尺寸约为26μm,未观察到残余奥氏体;18Ni(300)钢马氏体发生回复,(Ni,Co,Fe)3Ti相在位错上析出。模拟安装使用工况条件下,室温循环加载后拉杆试样的循环断裂周次均大于480次,断裂部位主要分布在拉杆螺纹根部;断口由塑性变形区和脆性变形区组成,塑性变形区居中;断面以拉伸断裂特征为主,以疲劳断裂特征为辅,由此推断拉杆主要受轴向拉伸的作用。

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。

应变幅对国产锻造奥氏体不锈钢环境疲劳寿命影响的试验研究

为验证模拟压水堆核电站冷却剂服役环境对国产锻造主管道用奥氏体不锈钢疲劳寿命的影响,采用高温高压循环水疲劳测试系统对从产品锻件取样加工后的标准试样进行了低周疲劳试验,分析了试验数据与美国机械工程师学会(American Society of Mechanical Engineers,ASME)规范平均/设计疲劳曲线的关系,获得了应变幅对奥氏体不锈钢环境疲劳寿命的影响规律,并初步评价了ASME规范设计疲劳曲线和环境疲劳修正系数的适合性。

核用镍基焊缝缺陷控制与焊材研制

镍基焊材在核电主设备制备中有着重要的应用,镍基焊材的性能很大程度上决定了核电设备的服役寿命。通过分析镍基焊缝金属焊接过程中常出现的失塑裂纹和点状夹杂两类焊接缺陷,设计并制备了不同Nb、Mo含量的镍基合金焊丝。结果表明,Ti会促进镍基焊缝金属中点状夹杂的出现;随着Nb、Mo含量的增加,镍基合金焊缝金属的室温强度逐渐增加,且焊缝金属的塑性得到大幅提升。Nb、Mo元素的添加,有效地改善了镍基焊缝金属中失塑裂纹与点状夹杂缺陷。通过调整成分获得了满足核电主设备使用要求的镍基合金焊丝。

严酷环境中飞机异种材料连接结构的防腐蚀措施

严酷环境中异种材料连接结构的腐蚀是飞机的主要腐蚀形式,本工作分析了严酷环境中,飞机异种材料连接结构腐蚀的基本特征、原因及主要影响因素,提出了综合防腐蚀措施,包括结构选材及抗腐蚀细节设计、表面防护体系、使用维护、连接部位防腐蚀改进和局部腐蚀修复。

有机膦酸锈转化剂的腐蚀保护机制研究

制备了一种以羟基乙叉二膦酸(HEDP)作为锈转化剂的转化型带锈涂料,通过对添加不同质量分数的HEDP的涂料样板的盐雾试验、电化学测试及分析,研究了HEDP作为锈转化剂的带锈涂料的耐腐蚀性能。综合评定HEDP质量分数为5%时,防腐蚀效果最好。利用能谱(EDS)分析和红外光谱(FT-IR)技术,对HEDP的防锈机理和与铁锈的反应情况进行了研究。EDS线扫描结果表明:当HEDP加入到水性涂料中时,磷元素集中在锈层和涂层的交界处;红外测试结果表明:HEDP主要与铁锈中疏松的纤铁矿反应生成螯合物,形成稳定的络合物保护膜,对基底进行保护。

修复次数对6082铝合金焊接接头残余应力的影响

为了明确修复焊接对6082铝合金激光复合焊接接头中残余应力的影响,基于有限元法和仪器化压入试验,建立了激光复合焊接及MIG修复全过程的三维残余应力数值模型,研究了不同修复次数下接头中的残余应力及变形规律。结果表明:建立的数值模型能够准确预测修复接头中的残余应力;相比于原始激光-MIG焊缝,经过MIG修复后,焊缝上部熔宽增大;残余应力峰值、试板表面法向变形量都随着MIG修复次数增加而增加;经3次MIG修复后,残余应力峰值增幅为23%,法向变形量为5.4 mm。

运行条件对不锈钢点焊疲劳性能影响及开裂分析

以不锈钢车体底架电阻点焊接头为对象,研究了温度(-40℃、室温和70℃)、应力比(0.1、0.5)以及3.5%NaCl腐蚀介质对接头疲劳寿命的影响;借助电子背散射衍射(EBSD)技术、扫描电镜(SEM)、仪表球压痕系统(IBIS)和拉伸剪切试验,对晶粒取向、残余应力分布、疲劳断口形貌和力学性能进行分析。结果表明:低温条件下材料强度的提高可获得更好的疲劳性能,70℃条件下塑性性能的改善可使高周疲劳性能更优;应力比为0.1时的疲劳性能优于应力比为0.5时的疲劳性能;腐蚀介质和拉应力促使应力腐蚀开裂和裂纹尖端的阳极区快速溶解,加速裂纹的萌生和扩展,显著缩短了点焊接头的疲劳寿命;疲劳裂纹在界面应力集中尖角处形核,沿熔核软化区长大,逐渐向表面扩张,直至断裂失效。

装载8-羟基喹啉的纳米SiO_2/环氧涂层的耐腐蚀机理研究

使用纳米SiO_2作为载体、8-羟基喹啉作为客体制备纳米SiO_2/8-羟基喹啉组合物,将其添加到环氧树脂中制备出装载8-羟基喹啉的纳米SiO_2/环氧涂层。对其进行盐雾和电化学阻抗谱实验,研究了装载8-羟基喹啉的纳米SiO_2/环氧涂层的耐腐蚀机理。结果表明,纳米SiO_2/8-羟基喹啉组合物提高了环氧涂层的耐腐蚀性能,添加5%(质量分数)纳米SiO_2/8-羟基喹啉组合物的环氧涂层的耐腐蚀性能较优。8-羟基喹啉从纳米SiO_2孔道中释放并渗透到涂层与钢基材的界面形成含铁的铬合物膜,阻挡了腐蚀介质的渗入,使Q235钢基体的耐腐蚀性能提高。

NiCrFe焊缝金属的晶界形貌和晶界MC碳化物对局部变形行为的影响

采用晶体塑性有限元方法研究了NiCrFe焊缝金属中晶界形貌和晶界MC碳化物对局部变形行为的影响。结果表明,试样中的弯曲晶界促进其周围基体中滑移系的开动,进而促进塑性变形均匀分布。由于晶界碳化物MC与基体的临界分剪切应力和硬化行为的差异显著,碳化物承担较高的应力而发生较小的塑性变形。碳化物与基体界面处不连续的应力分布加剧了二者变形的不协调性,使裂纹在MC与基体界面处萌生。焊缝金属中的弯曲晶界和晶界碳化物MC,对高温失塑裂纹的作用相反。为了降低高温失塑的影响,在工程实践中应该在尽量减少MC的情况下得到弯曲晶界。

异种铝合金电阻点焊接头全场残余应力研究

基于仪器化压入试验和有限元理论,建立考虑接头微区力学性能的热-电-力耦合的异种铝合金电阻点焊有限元模型,并用该模型模拟5083与7N01铝合金电阻点焊接头截面上的整体残余应力场分布。用金相显微镜、硬度测试仪和全释放应变法获得点焊接头的熔核形貌、硬度分布及上下表面的残余应力,探讨点焊前后微区力学性能变化对接头残余应力大小及分布的影响。试验结果表明,5083与7N01铝合金进行电阻点焊后,熔核和热影响区材料发生软化,其硬度和流动应力与7N01母材相比明显降低。模拟结果表明,接头微区力学性能变化对残余应力分布规律的影响较小,对残余应力的峰值影响较大,熔核处于三向拉应力状态且熔核心部的残余应力最大。考虑微区力学性能的有限元模型计算得到的残余应力与试验测试结果一致,证明模型的有效性。

SIMP钢和T91钢在800℃的高温氧化行为

研究了ADS嬗变系统候选结构材料新型低活化马氏体耐热钢SIMP钢和T91钢在800℃空气中的高温氧化行为。结果表明,SIMP钢和T91钢在空气中氧化500 h后在表面形成了不同结构的氧化膜:在SIMP钢表面形成了连续致密的Cr_2O_3层,在Cr_2O_3层分布一层颗粒状的铬锰尖晶石,在基体和氧化膜之间出现硅的富集;而在T91钢表面形成了外层为Fe_2O_3和内层为铁铬尖晶石的双层结构氧化膜。新型SIMP钢的高温氧化速率远比T91钢的低,表现出优异的抗高温氧化性能。SIMP钢中较高的铬和硅元素含量,是其抗高温氧化性能优于T91钢的主要原因。

新型硅土对电力金具涂层防护作用的影响

分别制备了含有M型和Z型硅土的两种丙烯酸聚氨酯复合涂料。喷涂在热浸镀锌钢板上的涂料形成的涂层,具有良好的力学性能。添加M型和Z型硅土的涂层,其耐磨性比空白涂层分别提高了57.1%和85.7%,硬度提高了14.5%和41.8%。用盐雾试验和电化学阻抗谱考察了两种涂层的耐腐蚀性。结果表明,添加两种硅土的涂层具有更好的耐腐蚀性。其原因是,两种硅土具有微米粒状氧化硅与纳米片状高岭土的组合结构,纳米片状高岭土含量的提高有利于改进抗渗透性和力学性能。

时效处理对20%冷变形15Cr-15Ni含Ti奥氏体不锈钢组织和650℃拉伸性能的影响

针对钠冷快堆包壳管用15Cr-15Ni含Ti的奥氏体不锈钢,研究了550～750℃时效处理336h对20%冷变形合金组织和650℃拉伸性能的影响。结果表明:在550℃时效336h后,合金发生回复,组织中位错移动产生大量退火孪晶。当在650和750℃时效时,合金进一步回复,孪晶数量明显减少,且在组织中发现有Sigma相析出。随时效温度的升高,Sigma相数量和尺寸增加。与20%冷变形合金650℃拉伸性能相比,550℃时效态样品拉伸时,合金屈服强度和抗拉强度略有增加;随着时效温度的升高,合金屈服温度和抗拉强度显著降低。与抗拉强度相比,时效态合金的延伸率变化趋势与之相反,时效温度升高,合金的延伸率提高。

锻造态316LN不锈钢在高温高压水中的短期氧化行为

用电子背散射衍射技术(EBSD)研究了锻造以及锻后固溶处理处理对核级316LN奥氏体不锈钢(316LNss)的晶粒尺寸、残余应变和晶粒取向分布的影响,并分析了原始态(即未锻造态)和锻造且固溶处理态316LNss在核电高温高压水中短期氧化(190 h)后表面氧化膜的形貌和成分。结果表明,锻造和锻后的固溶处理能减小晶粒尺寸和降低残余应变,同时消除了原始态316LNss内部的织构。在高温高压水中316LNss表面生成的氧化膜具有双层特征,外层氧化膜由氢氧化物和富Fe尖晶石结构氧化物组成,内层氧化膜主要由富Cr尖晶石结构氧化物组成;与原始态316LNss相比,锻造且固溶处理态316LNss的氧化膜较薄且Cr含量较高,氧化速率较小。最后讨论了316LNss在高温高压水中的氧化机理。

70 mm厚锻造及轧制镍基合金690板材热塑性和热裂纹敏感性（英文）

利用光学显微镜、扫描电镜及Gleeble 1500热模拟机,分析70 mm厚锻造及轧制镍基合金690板材的热塑性及热裂纹敏感性。结果表明:锻造和轧制板材均有优异的热塑性,同种材料试样表层的热塑性高于试样中心位置的热塑性。模拟加热过程发现,较低温度条件下轧制板材的热塑性高于锻造板材的热塑性,随着温度的升高锻造板材的热塑性高于轧制板材的热塑性。模拟冷却过程发现,锻造板材比轧制板材具有更好的热塑性。热模拟试样的断面较为光滑,部分位置出现熔融现象。横向可调拘束裂纹敏感性试验结果显示,锻造及轧制镍基合金690板材具有较高的热裂纹敏感性。随着施加应变的增大,热裂纹的数量增多且长度增加。

淬火温度对7Ni钢低温力学性能的影响

使用OM、SEM、TEM和XRD等手段观察并表征在不同温度淬火的7Ni钢的组织形貌和逆转奥氏体含量的变化,研究了淬火温度对7Ni钢的低温强度和低温韧性的影响。结果表明:当淬火温度从830℃提高到930℃时钢的低温韧性急剧下降,低温抗拉强度和屈服强度明显降低。同时,随着淬火温度的提高延伸率下降,与低温强度的变化趋势基本一致。在830℃淬火的试验钢,原奥氏体晶粒和马氏体板条束最为细小。而当淬火温度超过830℃时钢中的原奥氏体晶粒和马氏体板条束都显著长大,钢的低温强度和低温韧性随着晶粒尺寸与板条束宽度的增大而下降,粗化的组织对钢的低温强度与低温韧性都有不利的影响。随着淬火温度的提高钢中的逆转奥氏体含量基本上呈下降趋势,在830℃淬火的试验钢中逆转奥氏体含量最高,其低温冲击功也最高。