CN104464850A - 一种热机复合老化模拟方法 - Google Patents

一种热机复合老化模拟方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104464850A
CN104464850A CN201410742361.3A CN201410742361A CN104464850A CN 104464850 A CN104464850 A CN 104464850A CN 201410742361 A CN201410742361 A CN 201410742361A CN 104464850 A CN104464850 A CN 104464850A
Authority
CN
China
Prior art keywords
heat engine
sample
test
composite
simulation method
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201410742361.3A
Other languages
English (en)
Inventor
吴素君
邵玲
白雪
罗帅
曹逻炜
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beihang University
Original Assignee
Beihang University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beihang University filed Critical Beihang University
Priority to CN201410742361.3A priority Critical patent/CN104464850A/zh
Publication of CN104464850A publication Critical patent/CN104464850A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C17/00—Monitoring; Testing ; Maintaining
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Testing Resistance To Weather, Investigating Materials By Mechanical Methods (AREA)

Abstract

本发明涉及一种热机复合老化模拟方法。采用热处理加塑性应变的方法进行热机复合老化模拟试验，将试样放置在蠕变疲劳试验机的高温炉内升温至所需温度，保温一定时间后，以某一应变速率进行拉伸试验，当达到需要的塑性应变量时停止试验，并迅速空冷至室温，接着对试样进行显微组织观察和分析。本发明的优点是成本低且操作简单的热机复合老化模拟方法可以模拟中子辐照脆化现象。采用特殊热处理模拟工艺对材料进行预处理，及分析热机复合老化模拟工艺对材料组织结构的影响是本发明的另一优点。

Description

一种热机复合老化模拟方法
技术领域
本发明涉及一种热机复合老化模拟方法，属于金属材料科学技术领域。
背景技术
核压力容器钢长期工作(核电站的设计寿命是40年)在高温、高压、腐蚀等环境下，并且还要承受长期的强烈中子辐照。随着使用时间的延长，压力容器钢的力学性能发生明显的老化，极易引起“失效”或“事故”。核压力容器钢引起“失效”或“事故”的主要原因归纳起来主要是脆性断裂、腐蚀、蠕变、疲劳和强度破坏。针对压力容器高压下运行的特点，在压力容器设计过程中，对于钢的疲劳、屈服和强度破坏具有严格的规定，而且进行了严格的应力分析、应力测试和疲劳试验，从源头上已经杜绝了这种类型的破坏。压力容器内壁堆焊有不锈钢衬里，而且A508-Ⅲ钢的蠕变温度远高于运行温度，故能防止腐蚀和蠕变破坏。
核压力容器钢A508-Ⅲ大量应用于第二代和第三代核反应堆压力容器中，在长期使用之后，其组织结构和力学性能发生明显的老化，主要体现在：1)屈服强度增高；2)材料断裂韧性下降；3)韧脆转变温度(DBTT)向高温移动。核压力容器钢性能老化增大了核反应堆压力容器脆性断裂的危险，威胁了核反应堆的正常运行，降低了核反应堆的使用寿命。长期以来，对核压力容器钢老化行为的研究一直是核结构材料研究的重点，利用随堆放置的监督试验样品进行老化行为的研究一直是最权威的研究方法，但是因其苛刻的试验条件和昂贵的费用，试验越来越困难。
在这种条件下，用不同的工艺方法模拟真实的中子辐照老化现象被提出，一种是其他微观粒子的辐照试验，另一种是热机加工试验模拟方法。前者研究费用昂贵且不能进行大尺寸试样试验模拟，因此无法评价宏观力学性能变化情况，而后者因其简单的操作和低廉的价格受到研究者的青睐。在此基础上，本发明综合特殊热处理模拟方法和应变硬化模拟方法的优点提出了在老化机理上与中子辐照老化更加接近的热机复合老化模拟方法。热机复合老化模拟方法是一种较好的中子辐照脆化模拟方法，它不仅成本低而且操作简单。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可以模拟中子辐照脆化现象、操作简单且成本低的热机复合老化模拟方法，包括依次进行的如下步骤：
(1)、将试样放置在蠕变疲劳试验机的高温炉内升温至所需温度保温一定时间；
(2)、后以某一应变速率进行拉伸试验；
(3)、当达到需要的塑性应变量时停止试验，并迅速空冷至室温；
(4)、接着对试样进行显微组织观察和分析。
优选地，步骤(1)中，所述试样在高温炉内升温达到480～520℃，保温15～30min。
所述蠕变疲劳试验机采用RPL电子蠕变疲劳试验机，试样为核压力容器钢A508-Ⅲ。
优选地，步骤(2)中，所述的应变速率为(1.1～6.6)×10-5/s。
优先地，步骤(3)中，所述达到需要的塑性应变量为1～10％。
优先地，步骤(4)中，将试样垂直于轴线切开，经磨制、抛光后用腐蚀液腐蚀制备成金相试样及经机械减薄、双喷处理制备成透射电镜试样进行显微组织观察和分析。
所述抛光后用的腐蚀液为5％的硝酸酒精；透射电镜试样首先经过机械减薄至50～100μm，而后再-30℃的5％高氟酸溶液中使用25mA的电流进行双喷处理。
本发明的技术方案优点是可以通过便宜、操作简单的蠕变疲劳试验机进行热处理加塑性应变的试验模拟方法，且可以通过进行大尺寸试样进行试验模拟来评估宏观力学性能变化情况。
附图说明
附图1为应变量达到4％的热机复合老化模拟处理后试样的透射电子显微照片。
附图2为热机复合老化模拟处理前试样(交货态试样)的透射电子显微照片。
附图3为应变量达到8％的热机复合老化模拟处理后试样的透射电子显微照片。
具体实施方式
发明人专心研究和多次的实践改进得到一种热机复合老化模拟方法，其具体实施方式如下：
实施例1
采用交货状态下的核压力容器钢A508-Ⅲ，厚度为30mm，将其加工成Ф15×M20的圆柱试样。采用RPL100电子蠕变疲劳试验机进行热机复合老化模拟试验。A508-Ⅲ钢圆柱试样放置在RPL100电子蠕变疲劳试验机的高温炉内升温至500℃，保温15min后，以1.1×10-5/s应变速率进行拉伸试验，当达到塑性应变量4％时停止试验，并迅速空冷至室温。试样变形后立即由高温炉中取下进行空冷，以保留原有的高温组织。将热机复合老化模拟处理前后的试样垂直于轴线切开，经磨制、抛光后用5％的硝酸酒精腐蚀后进行光学显微组织观察和扫描电镜观察，以获取心部位置处的组织结构，并进行相关组织分析。经过机械减薄至50～100μm，而后在-30℃的5％高氟酸溶液中使用25mA的电流进行双喷出来以制备透视电镜试样，再对试样在高倍透射电镜下进行观察并比较。
从图1可见，当应变量达到4％时，动态应变老化处理后试样中有大量位错线，并可以观察到位错缠结及位错与溶质原子的钉扎现象。与图2交货态试样比较，发现老化试样中的位错结构发生明显的改变，不仅位错密度增加，而且位错组态也变得较为复杂。
实施例2
采用交货状态下的核压力容器钢A508-Ⅲ，厚度为30mm，将其加工成Ф15×M20的圆柱试样。采用RPL100电子蠕变疲劳试验机进行热机复合老化模拟试验。A508-Ⅲ钢圆柱试样放置在RPL100电子蠕变疲劳试验机的高温炉内升温至500℃，保温15min后，以1.1×10-5/s应变速率进行拉伸试验，当达到塑性应变量8％时停止试验，并迅速空冷至室温。试样变形后立即由高温炉中取下进行空冷，以保留原有的高温组织。将热机复合老化模拟处理前后的试样垂直于轴线切开，经磨制、抛光后用5％的硝酸酒精腐蚀后进行光学显微组织观察和扫描电镜观察，以获取心部位置处的组织结构，并进行相关组织分析。经过机械减薄至50～100μm，而后再-30℃的5％高氟酸溶液中使用25mA的电流进行双喷出来以制备透视电镜试样，而后对试样在高倍透射电镜下进行观察并比较。
从图3可见，当应变量达到8％时，观察到动态应变老化处理后试样在晶界处存在着位错。与图2交货态试样比较，发现材料基体内部位错明显减少，位错主要集中在晶界处。

Claims (5)

1.一种热机复合老化模拟方法，其特征在于：包括依次进行的步骤如下：
(1)、将试样放置在蠕变疲劳试验机的高温炉内升温至所需温度保温一定时间；
(2)、后以某一应变速率进行拉伸试验；
(3)、当达到需要的塑性应变量时停止试验，并迅速空冷至室温；
(4)、接着对试样进行显微组织观察和分析。
2.根据权利要求1所述的一种热机复合老化模拟方法，其特征在于：步骤(1)中，所述试样在高温炉内升温达到480～520℃，保温15～30min。
3.根据权利要求1所述的一种热机复合老化模拟方法，其特征在于：步骤(2)中，所述的应变速率为(1.1～6.6)×10-5/s。
4.根据权利要求1所述的一种热机复合老化模拟方法，其特征在于：步骤(3)中，所述达到需要的塑性应变量为1～10％。
5.根据权利要求1所述的一种热机复合老化模拟方法，其特征在于：步骤(4)中，将试样垂直于轴线切开，经磨制、抛光后用腐蚀液腐蚀制备成金相试样及经机械减薄、双喷处理制备成透射电镜试样进行显微组织观察和分析。
CN201410742361.3A 2014-12-05 2014-12-05 一种热机复合老化模拟方法 Pending CN104464850A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410742361.3A CN104464850A (zh) 2014-12-05 2014-12-05 一种热机复合老化模拟方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410742361.3A CN104464850A (zh) 2014-12-05 2014-12-05 一种热机复合老化模拟方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN104464850A true CN104464850A (zh) 2015-03-25

Family

ID=52910776

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410742361.3A Pending CN104464850A (zh) 2014-12-05 2014-12-05 一种热机复合老化模拟方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104464850A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106093363A (zh) * 2016-06-01 2016-11-09 复旦大学 一种高密度聚乙烯材料受火后的安全评估方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106093363A (zh) * 2016-06-01 2016-11-09 复旦大学 一种高密度聚乙烯材料受火后的安全评估方法
CN106093363B (zh) * 2016-06-01 2018-11-13 复旦大学 一种高密度聚乙烯材料受火后的安全评估方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Huang Status and improvement of CLAM for nuclear application
Paul et al. Cyclic plastic deformation and damage in 304LN stainless steel
Santos et al. Hydrogen embrittlement of ultra high strength 300 grade maraging steel
JP2012083115A (ja) 応力腐食割れ試験方法
Maruschak et al. Degradation of the main gas pipeline material and mechanisms of its fracture
De Baglion et al. Low cycle fatigue behavior of a type 304L austenitic stainless steel in air or in vacuum, at 20 C or at 300 C: Relative effect of strain rate and environment
CN103616268B (zh) 检验钛合金原材料低倍组织缺陷的方法
Turnbull et al. Electrochemical short crack effect in environmentally assisted cracking of a steam turbine blade steel
Knezevic et al. Creep behaviour of thick-wall alloy 617 seamless pipes for 700 C power plant technology
CN104674144B (zh) 核电堆用大尺寸高强细晶镍基高温合金锻件热处理方法
CN104464850A (zh) 一种热机复合老化模拟方法
Capell et al. PbSCC of alloy 800NG steam generator tubing in alkaline environments
Arioka et al. Role of cavity formation on crack growth of cold-worked carbon steel, TT 690 and MA 600 in high temperature water
Ji et al. Creep-fatigue interaction and cyclic strain analysis in P92 steel based on test
Kim et al. Stress corrosion cracking crack growth behavior of type 316L stainless steel weld metals in boiling water reactor environments
Grigorescu et al. Effect of geometry and distribution of inclusions on the VHCF properties of a metastable austenitic stainless steel
Liao et al. Corrosion fatigue behavior of 304 stainless steel notched specimen in high-temperature pressurized water
Yang et al. Low cycle fatigue behavior of additive manufactured 316LN stainless steel at 550° C: Effect of solution heat treatment
Liu et al. Effect of strain rate on the mechanical properties of CLAM steel in liquid PbLi eutectic
Wang et al. Ductility loss of hydrogen-charged and releasing 304L steel
Kobayashi et al. Crack growth behavior of IN100 alloy using in-situ observational methods under high temperature creep and fatigue conditions
Kang Failure analysis of a bolt in high-pressure steam turbine
Shen et al. Effect of isothermal temper embrittlement and subsequent hydrogen embrittlement on tensile properties of 2.25 Cr–1Mo–0.25 V base metal and welded metal
Teysseyre Assessment of the Efficiency of HWCon IASCC Crack Growth Rate for High Fluence BWRMaterials
Balyts’ kyi et al. Variations of the impact toughness of 12Kh1MF steel in operating steam pipelines of thermal power plants

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20150325

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication