超临界水环境中电站锅炉管材料应力腐蚀开裂行为研究

摘要

高温力学性能和抗环境氧化性能是发展超（超）临界发电候选金属材料的核心问题之一。而锅炉过、再热器材料长期处于力学与高温高压环境的交互作用中，其高温力学性能和抗环境氧化性能发生改变。在ASME标准中，往往只考虑常规工况下的材料性能，而忽略高温高压环境中材料力学性能的改变。对于火力发电机组的研究中，人们往往只关注单一因素的影响:纯环境因素或者纯力学因素，常常忽略环境和力学共同作用下产生的应力腐蚀开裂对结构材料造成的损坏，一旦结构材料发生开裂，就会导致严重的安全事故，直接影响发电机组的安全可靠运行。因此，着手研究超超临界机组材料在极端工况下的应力腐蚀开裂影响机理十分必要。
　　论文针对超（超）临界机组锅炉用钢奥氏体钢TP347HFG，利用0.5T-CT试样在600-650℃空气-水蒸气交替环境、超临界水环境以及溶解氧浓度0和8ppm环境中进行应力腐蚀裂纹扩展速率试验研究。采用高精度伺服驱动控制系统实现正弦波、梯形波以及升（降）恒定应力强度因子㈣的力学加载方式进行加载，采用直流电位降法(DCPD)对裂纹扩展速率(CGR)进行在线测量，实现了奥氏体钢TP347HFG在不同环境中的应力腐蚀开裂性能研究。
　　实验结果表明，奥氏体钢TP347HFG试样在应力腐蚀开裂阶段断口呈现出典型的沿晶界扩展形貌。温度升高、溶解氧含量增大均加速了裂纹扩展的进程。高温蒸汽环境相比于高温空气提供了更高的氧化速率，导致高温蒸汽环境中的裂纹扩展速高于高温空气环境，并且在温度越高，蒸汽环境相比于空气环境中裂纹扩展速率的倍数越小。25MPa超临界水环境改变了物质分子向裂纹尖端的扩散速率和传质速率，使裂纹尖端区晶界结合能降低，从而裂纹扩展速率明显大于0.1MPa蒸汽环境。
　　裂纹扩展速率的变化受到温度、水化学环境、介质环境和压力的影响，通过力学和环境因素的共同作用使裂纹扩展的条件发生改变。分析试验中出现裂纹闭合现象的原因。

目录

声明

摘要

1．1 课题研究背景和意义

1．2 超超l临界机组部件材料发展遇到的关键问题和挑战

1．3 应力腐蚀开裂研究现状

1．4 本文的主要研究内容

第2章 应力腐蚀开裂试验系统设计

2．1 应力腐蚀开裂基本概念

2．1．1 应力腐蚀开裂特征

2．1．2 应力腐蚀开裂机理

2．2 应力腐蚀开裂研究方法及影响因素

2．2．1 应力腐蚀开裂研究方法

2．2．2 应力腐蚀开裂的影响因素

2．3 应力腐蚀开裂裂纹扩展试验系统设计及搭建

2．3．1 高温蒸汽环境应力腐蚀裂纹扩展试验系统

2．3．2 超临界水环境慢速率拉伸试验系统

2．4 应力腐蚀裂纹扩展在线测量软件系统

2．5 本章小结

第3章 应力腐蚀开裂裂纹扩展试验研究

3．1 应力腐蚀裂纹扩展试验方案设计

3．1．1 材料选择

3．1．2 试样尺寸

3．1．3 应力腐蚀裂纹扩展试验方案

3．2 不同溶解氧下应力腐蚀裂纹扩展试验研究

3．3 不同温度下空气和水蒸气交替环境应力腐蚀开裂试验研究

3．4 超临界水环境下的应力腐蚀试验研究

3．5 本章小结

第4章 应力腐蚀裂纹扩展试验结果分析与讨论

4．1 温度对裂纹扩展速率的影响

4．2 介质环境对裂纹扩展速率的影响

4．3 溶解氧对裂纹扩展速率的影响

4．4 压力对裂纹扩展速率的影响

4．5 裂纹扩展闭合现象讨论

4．6 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢