T91钢在静态铅铋氧控环境中应力腐蚀行为研究

摘要

铅铋共晶合金(Lead-Bismuth Eutectic，LBE)中合适的氧浓度会使材料表面生成保护性氧化膜。然而，在实际工况中，氧化膜可能会受到LBE中氧浓度及应力的影响而丧失保护性，无法起到抑制材料液态金属脆化(Liquid Meta Embrittlement，LME)效应的作用，危及反应堆的安全运行。因此，本研宄以铅基反应堆候选结构材料马氏体钢T91为对象，围绕“氧浓度”和“应力”开展了T91钢在高温LBE中应力腐蚀行为研究。主要研究内容及结论如下:
　　1)开展了氧浓度分别为10-5wt％、10-6wt％和10-7wt％条件下550℃LBE中T91钢标准试样预浸润500h腐蚀实验，随后针对相关试样开展了在应变率为10-5s-1条件下400℃LBE中慢应变速率拉伸实验。结果表明:随着氧浓度降低，试样表面氧化膜厚度由24.6μm降至8.5μm，试样延伸率由21.9％降至19.9％，LME效应逐渐明显。分析认为，由于氧化膜在低氧浓度下不稳定和LBE侵蚀加剧使其失去了对基体的保护作用。当LBE与基体接触，Pb、Bi原子降低了接触表面合金元素的结合键能，造成了LME效应发生。
　　2)开展了0～180MPa拉应力下T91钢小锥度圆锥体试样在550℃、10-6wt％氧浓度LBE中应力腐蚀实验。结果表明:在应力增加过程中，裂纹开始萌生并逐渐向氧化膜内部扩展，最终贯穿整个(Fe，Cr)3O4层。此外，氧化膜厚度受拉应力影响迅速增加，到180MPa时氧化膜总厚度已达到43.8μm。通过分析力学-化学耦合模型计算结果可知，拉应力未直接作用于氧化膜，而是通过改变基体蠕变行为间接影响了氧化膜内应力。内应力增加了膜内空位及元素短路扩散速率，加速了氧化膜生长。但当内应力达到临界值时，氧化膜就会出现开裂或脱落。
　　研究结果可为T91钢在反应堆LBE中服役行为研究以及反应堆工程安全分析与设计提供参考。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 铅基反应堆发展概况

1．2 铅基反应堆结构材料

1．3 结构材料与LBE腐蚀问题

1．4 应力腐蚀及研究现状

1．4．1 应力腐蚀概述

1．4．2 应力腐蚀研究现状

1．4．3 存在的问题

1．5 本文研究内容、意义与总体架构

1．5．1 研究内容

1．5．2 研究意义

1．5．3 总体架构

第二章 实验材料与研究方法

2．1 实验材料与试样制备

2．1．1 实验材料

2．1．2 试样制备

2．2 研究方法

2．2．1 技术路线

2．2．2 实验装置

2．2．3 实验过程

2．2．4 分析方法

2．3 本章小结

第三章 氧浓度对T91钢在LBE中应力腐蚀行为的影响

3．1 氧浓度对预浸润试样表面腐蚀层的影响

3．1．1 氧浓度为10-5 wt％时的腐蚀层

3．1．2 氧浓度为10-6 wt％时的腐蚀层

3．1．3 氧浓度为10-7 wt％时的腐蚀层

3．2 氧浓度对T91脆化断裂行为的影响

3．2．1 拉伸性能

3．2．2 断口形貌

3．3 本章小结

第四章 拉应力对T91钢在LBE中应力腐蚀行为的影响

4．1 拉应力对腐蚀氧化膜组织与结构的影响

4．1．1 无应力条件下氧化膜组织与结构

4．1．2 拉应力条件下氧化膜组织与结构

4．1．3 不同拉应力下氧化膜对比分析

4．2 拉应力作用下的氧化膜生长行为与机制

4．2．2 氧化膜生长开裂机制

4．3 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

在学期间发表论文

在学期间参与项目

致谢