核电传热管用新型Fe-CR-Ni合金的高温蠕变行为研究

摘要

目前，世界各国都将核能作为能源战略的主要方向。我国核电产业正在逐步摆脱国外垄断，由“中国制造”向“中国创造”转变，自主研发核电新型材料、实现核电装备国产化就显得尤为重要。本课题组根据蒸汽发生器传热管材服役条件的要求，结合自身在不锈钢方面多年的研究经验。在Fe-Cr-Ni合金的基础上，优化其合金元素，加入适量的Al、Nb和Mo得到两种新型材料CHDG-B03和CHDG-B06。本文拟通过对两种新材料的固溶组织以及不同温度下的常规力学性能和高温蠕变性能等多方面研究，以期为新型核电蒸汽发生器传热管用材的研发及其寿命预测提供一定的理论依据。
　　将两种材料在1100℃下固溶处理30分钟，其组织为单相奥氏体。同时发现在单一奥氏体基体上分布有微量第二相。CHDG-B03合金的第二相主要为以下两种:一种是晶界上存在的少量不连续第二相M23C6;另一种是晶内存在的少量富含Nb的偏析聚集物。CHDG-B06合金与CHDG-B03合金晶粒大小相似，分布着较多孪晶，晶界处存在极少数长条状第二相，只在晶内发现较少的块状第二相，经能谱分析为富含Nb、Ti的偏析聚集物。室温条件下CHDG-B03和CHDG-B06的抗拉强度分别为623MPa、574MPa。高温情况下，在600℃、650℃和700℃条件下CHDG-B03合金抗拉强度分别为509MPa、405MPa和337 MPa; CHDG-B06合金的抗拉强度略微有所降低，分别为452MPa、401MPa和334MPa。但CHDG-B06合金的韧性更为优异，断后延伸率明显优于前者。
　　在650℃温度条件下进行蠕变试验，CHDG-B03合金在280MPa应力条件下蠕变速率达到3.09477E-4(％/h);CHDG-B06合金在250MPa条件下为0.0013(％/h);两种合金σ6501×10-5条件下蠕变强度分别为247MPa和207MPa，CHDG-B03的蠕变性能略优于CHDG-B06。经过1010小时蠕变试验，CHDG-B03合金晶内、晶界第二相大量剥落，出现大量蠕变空洞。整个蠕变过程中晶界、晶内析出相分别为M23C6和NbC。经过847小时蠕变试验，CHDG-B06合金内部位错分布均匀，晶界出现第二相剥落后产生的蠕变空洞。蠕变过程中晶界析出相为M23C6，晶内析出相为NbC。CHDG-B03合金蠕变断口粗糙、不平整，呈现出“冰糖状”特征，为典型的颗粒状脆性断口，蠕变断裂为沿晶断裂，蠕变断口周围发现少量塑性变形。与CHDG-B03合金相比，CHDG-B06合金蠕变断口形貌发生较大改变，宏观断口凹凸不平呈现颗粒状特征，但晶界不明显，断口表面等轴韧窝明显且数量较多。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景

1．1．1 核电发展历程

1．1．2 核电发展现状

1．2 蒸汽发生器及其传热管材料的发展历程

1．2．1 蒸汽发生器

1．2．2 蒸汽发生器传热管材料的发展历程

1．2．3 奥氏体不锈钢的发展

1．3 合金蠕变行为的研究

1．3．1 蠕变现象的研究

1．3．2 蠕变曲线

1．3．3 蠕变强度

1．3．4 蠕变变形机理

1．3．5 蠕变过程中的第二相粒子强化

1．3．6 蠕变断裂机理

1．4 研究内容及意义

第二章 试验材料与试验方法

2．1 试验材料

2．2 试验方法

2．2．1 固溶处理

2．2．2 拉伸试验

2．2．3 蠕变试验

第三章 固溶组织及其短时拉伸性能

3．1 固溶组织

3．1．1 CHDG-B03的固溶组织分析

3．1．2 CHDG-B06的固溶组织分析

3．2 短时拉伸性能分析

3．2．1 CHDG-B03的短时拉伸性能

3．2．2 CHDG-B06的短时拉伸性能

3．3 本章小结

第四章 蠕变性能分析

4．1 蠕变曲线分析

4．1．1 CHDG-B03蠕变曲线分析

4．1．2 CHDG-B06蠕变曲线分析

4．2 蠕变极限分析

4．2．1 CHDG-B03蠕变极限分析

4．2．2 CHDG-B06蠕变极限分析

4．3 持久强度分析

4．3．1 CHDG-B03高温持久强度分析

4．3．2 CHDG-B06高温持久强度分析

4．4 蠕变组织分析

4．4．1 CHDG-B03蠕变组织分析

4．4．2 CHDG-B06蠕变组织分析

4．5 蠕变断裂分析

4．5．1 CHDG-B03蠕变断口分析

4．5．2 CHDG-B06蠕变断口分析

4．6 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

致谢

硕士期间发表论文