CN101957287A - 一种管材应力腐蚀开裂加载方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及应力腐蚀开裂技术，具体为一种管材应力腐蚀开裂加载方法。该加载方式可用于研究管材在不同应力状态和相同应力不同表面状态的应力腐蚀开裂行为。本发明将管材试样加工成对称结构，然后对其进行加载；通过螺栓加载的方式改变管材直径，利用管材直径变化计算加载应力大小，研究不同应力条件下的应力腐蚀开裂行为。本发明方法可以节省材料用量，便于结果对比，尤其适用于研究受表面状态影响显著的传热管应力腐蚀开裂行为研究。
Description
技术领域
本发明涉及应力腐蚀开裂技术，具体为一种管材应力腐蚀开裂加载方法。
背景技术
核电站的蒸汽发生器是反应堆核电站一回路、二回路的边界，它将反应堆产生的热量通过一回路传递给蒸汽发生器二次侧，产生蒸汽推动汽轮机做功。同时，它又是分隔一次侧和二次侧介质的屏障，避免一回路的放射性物质进入二回路，它对于核电站的安全运行非常重要。美国电力研究院统计从1973年到1999年间世界范围内蒸汽发生器失效机制结果表明：蒸汽发生器传热管因受应力腐蚀开裂而发生失效是最为严重的。
为减轻蒸汽发生器传热管的应力腐蚀开裂，主要采取两方面措施：一方面是严格控制回路中的水化学，另一方面是研发更加耐蚀的合金，且合金的不同加工工艺、热处理工艺和表面状态对应力腐蚀开裂有较大影响，但是这些措施的改进都需要从实验室中进行的应力腐蚀开裂实验得到证实。目前，欧美等发达国家的蒸汽发生器管主要采用690合金，而国内690合金尚未批量生产。实验室对蒸汽发生器传热管的应力腐蚀开裂研究主要是通过C形环加载的方式。一般进行高温高压实验的高压釜容积只有5L左右，空间有限，所能放的样品也十分有限。而且，在对比相同应力条件下不同表面状态对应力腐蚀开裂影响时，不可避免要引入因测量误差而带来应力状态的误差。因此，为了节约材料、节省实验设备资源，且能在相同应力条件下进行较为精确的对比研究，设计了利用对称结构对管材加载的方法。目前，这一方法在国内外尚未见有报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种管材应力腐蚀开裂加载方法，该方法能较为精确控制应力大小，能对比不同应力状态和利用对称结构研究相同应力不同表面状态的应力腐蚀开裂行为，同时节约材料和实验设备资源。
本发明的技术方案如下：
一种管材应力腐蚀开裂加载方法，将管材试样加工成对称结构，然后对其进行加载；通过螺栓加载的方式改变管材直径，利用管材直径变化计算加载应力大小，研究不同应力条件下的应力腐蚀开裂行为。
所述的管材应力腐蚀开裂加载方法，试样中的应力分布是对称的。
所述的管材应力腐蚀开裂加载方法，在相同的应力条件下，根据实验需要将试样的两个测试面加工成不同表面状态，对比研究不同表面状态的应力腐蚀开裂行为。
所述的管材应力腐蚀开裂加载方法，表面状态的加工采用原始表面状态、喷丸、抛光或机械打磨。
所述的管材应力腐蚀开裂加载方法，将试样浸泡于腐蚀溶液中，在浸泡实验过程中，整个试样的电位是一致的。
所述的管材应力腐蚀开裂加载方法，腐蚀溶液、温度和压力的选择与实际管材使用工况相同或相近，能使管材在该特定条件下产生应力腐蚀开裂。
所述的管材应力腐蚀开裂加载方法，所述管材试样加工成的对称结构包括上下对称、左右对称或前后对称。
所述的管材应力腐蚀开裂加载方法，该对称结构可以为管材试样上下加工成对称的凹形结构。
本发明的有益效果是：
1、本发明通过截取一段管材，加工成对称结构，利用螺栓对管材加载的应力计算方法得出加载应力，并利用对称结构产生的相同应力状态下研究不同表面状态的应力腐蚀开裂行为。
2、本发明可以提高材料利用率，从而节约材料。
3、本发明可以在实验室高压釜有限的空间中放入更多的样品，节约实验设备资源。
4、本发明充分利用管材的对称结构进行加载，可用来对比研究相同应力、电位等条件下不同表面状态的应力腐蚀开裂行为，减少实验误差，尤其适用于研究受表面状态影响显著的传热管应力腐蚀开裂行为研究。
附图说明
图1为按照690合金管材尺寸设计的试样三视图。具中，(a)为主视图；(b)为侧视图；(c)为俯视图。
图2为图1的690合金管材试样的立体示意图。
图3(a)为试样上抛光面的扫描电镜结果。
图3(b)为试样上原始表面的扫描电镜结果。
具体实施方式
本发明管材应力腐蚀开裂加载方法如下：
将管材试样加工成如附图1、图2所示的对称结构，然后对其进行加载。通过螺栓加载的方式改变圆管直径，利用圆管直径变化计算加载应力大小，研究不同应力条件下的应力腐蚀开裂行为。
本发明中，所述管材试样加工成的对称结构包括上下对称(如图1(a)主视图；(b)侧视图所示)、左右对称(如图1(a)主视图；(c)俯视图所示)和前后对称(如图1(b)为侧视图；(c)为俯视图所示)。
加工成对称结构的目的是充分利用管材的对称结构，其作用是在管材试样的两个测试面中产生相同的应力场，既节约材料又便于实验结果对比。
试样中的应力分布也是对称的，在相同的应力条件下，可根据实验需要将一个试样的两个测试面(如附图1所示的A、B面)加工成不同表面状态，如喷丸、抛光和机械打磨等，对比研究不同表面状态的应力腐蚀开裂行为。
将试样浸泡，在浸泡实验过程中，整个试样的电位是一致的，对比A、B面的应力腐蚀开裂行为更为可靠。
下面以690合金管材为例，利用该应力腐蚀开裂加载方法的步骤如下：
1、按照图1、图2所示形状、尺寸加工试样。本实施例中，这段管材试样上下加工成对称的凹形结构1、2，管材两侧面(如：凹形结构1、2两侧的管材对称位置)为加载面3、4，加载面3、4上开设相对应的孔5，用于穿设螺栓加载。
2、将试样上A、B两个测试面的表面状态加工到实验所要研究的状态。这两个面的表面状态可以相同，也可以不同。当这两面的表面状态不同时，便可对比研究相同应力状态下、不同表面状态的应力腐蚀开裂行为。
本实施例中，试样上A、B两个测试面的表面状态分别为抛光表面和原始表面状态。
3、设计加载应力的大小。利用美国材料与试验协会标准ASTM G38附录中通过改变圆环直径产生所需应力的计算方法，计算加载该应力后圆环直径的变化。
计算公式如下：
ODf＝OD-Δ，Δ＝fπD2/4EtZ
其中，OD：管材外径(mm)；ODf：管材加载后外径(mm)；f：所加载的应力(MPa)；Δ：管材加载前后外径变化(mm)；D：名义直径(OD-t)(mm)；t：管材壁厚(mm)；E：弹性模量(MPa)；Z：弯曲梁修正因子。
本实施例中，690合金的各项参数如下：
OD：19.05mm；f：303MPa；t：1.09mm；E：2.11×105MPa；Z：0.96，管材加载后外径ODf为18.70mm。
4、在试样上的两个孔中穿入不锈钢螺栓，用扳手缓慢转动螺母，并不断用数显千分尺测量圆环直径变化直至达到上述步骤3所计算的数值。
5、将试样放入高压釜中浸泡，可根据实验需要选择不同的溶液、温度和压力。
本实施例中，采用的溶液、温度和压力分别如下：溶液成分为10wt％NaOH和100ppm PbO，温度为330℃，压力为11MPa，保温时间为30天(720h)。
6、实验结束，将试样放在电镜下进行表面和截面的观察。
本实施例中，试样通过观察后的结果如下：
图3(a)为试样上抛光面的扫描电镜结果，结果显示该面上没有产生应力腐蚀裂纹；而图3(b)方试样上原始表面的扫描电镜结果，结果显示该面产生了应力腐蚀裂纹。
本发明中690合金即：美国牌号Inconel 690合金，其主要成分范围如下：
试验结果表明，本发明方法除了适用于690合金管之外，还适用于其它各种圆管在能使其发生应力腐蚀开裂的环境中的应力腐蚀行为研究。
Claims (8)
1.一种管材应力腐蚀开裂加载方法，其特征在于：将管材试样加工成对称结构，然后对其进行加载；通过螺栓加载的方式改变管材直径，利用管材直径变化计算加载应力大小，研究不同应力条件下的应力腐蚀开裂行为。
2.按照权利要求1所述的管材应力腐蚀开裂加载方法，其特征在于：试样中的应力分布是对称的。
3.按照权利要求1所述的管材应力腐蚀开裂加载方法，其特征在于：在相同的应力条件下，根据实验需要将试样的两个测试面加工成不同表面状态，对比研究不同表面状态的应力腐蚀开裂行为。
4.按照权利要求1所述的管材应力腐蚀开裂加载方法，其特征在于：表面状态的加工采用原始表面状态、喷丸、抛光或机械打磨。
5.按照权利要求1所述的管材应力腐蚀开裂加载方法，其特征在于：将试样浸泡于腐蚀溶液中，在浸泡实验过程中，整个试样的电位是一致的。
6.按照权利要求5所述的管材应力腐蚀开裂加载方法，其特征在于：腐蚀溶液、温度和压力的选择与实际管材使用工况相同或相近，能使管材在该特定条件下产生应力腐蚀开裂。
7.按照权利要求1所述的管材应力腐蚀开裂加载方法，其特征在于：所述管材试样加工成的对称结构包括上下对称、左右对称或前后对称。
8.按照权利要求7所述的管材应力腐蚀开裂加载方法，其特征在于：该对称结构可以为管材试样上下加工成对称的凹形结构。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20110126 |