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核级低合金钢高温水腐蚀疲劳机制及环境疲劳设计模型

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金属学报 2015年第3期51卷 298-306页

作者：吴欣强谭季波徐松韩恩厚柯伟中国科学院金属研究所核用材料与安全评价重点实验室沈阳110016 中国科学院金属研究所辽宁省核电材料安全与评价技术重点实验室沈阳110819

通过模拟核电高温高压循环水腐蚀疲劳实验,研究了核级低合金钢环境疲劳损伤规律与控制机理,构建了一个植入环境效应的疲劳设计模型,给出了便于工程应用的环境疲劳设计曲线,并建立了核电站实际构件的环境疲劳安全评估流程,给出了尝试实施例.

关键词：核级低合金钢高温高压水腐蚀疲劳设计模型环境疲劳安全评估

电解抛光态690TT合金在顺序溶氢/溶氧的高温高压水中表面氧化膜结构分析

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金属学报 2015年第1期51卷 85-92页

作者：张志明王俭秋韩恩厚柯伟中国科学院金属研究所核用材料与安全评价重点实验室沈阳110016 中国科学院金属研究所辽宁省核电材料安全与评价技术重点实验室沈阳110016

将电解抛光态690TT合金样品在325℃,15.6 MPa,含1500 mg/L B,2.3 mg/L Li,2.5 mg/L H2的高温高压水中连续浸泡720 h后,取出一半样品用于腐蚀产物的分析,其余样品继续在含2.0 mg/L O2的该高温高压水中连续浸泡720 h.采用SEM,GIXRD和TEM... 详细信息

将电解抛光态690TT合金样品在325℃,15.6 MPa,含1500 mg/L B,2.3 mg/L Li,2.5 mg/L H2的高温高压水中连续浸泡720 h后,取出一半样品用于腐蚀产物的分析,其余样品继续在含2.0 mg/L O2的该高温高压水中连续浸泡720 h.采用SEM,GIXRD和TEM分析了在上述2种条件下样品表面生长的氧化膜的微观结构.结果表明,电解抛光态690TT合金在单一溶氢的高温高压水中表面生长的氧化膜具有双层结构:外层是分散的富含Ni和Fe大颗粒氧化物和富含Ni的疏松的针状氧化物;内层是近连续的富含Cr的氧化物;内外层氧化物均具有尖晶石结构.在溶氢/溶氧的溶液中连续浸泡后,样品表面生长的氧化膜也具有双层结构:外层的形貌、化学组成和物相结构与在单一溶氢条件下生长的氧化膜相似,仅针状氧化物的长度明显增加;而氧化膜内层变成了纳米尺寸的Ni O.后期溶解氧扩大了电位-p H图中含Ni的氧化物稳定存在的相区,促进了外层富含Ni的针状氧化物的快速生长;更加重要的是,溶解氧提高了含Fe和Cr氧化物的腐蚀电位,促进了在溶氢条件下生长的内层富Cr氧化物的溶解,破坏了氧化膜的保护性结构,提高了电解抛光态690TT合金的腐蚀速度.在一回路溶氢/溶氧连续浸泡过程中,电解抛光处理并不能降低690TT合金的腐蚀速度.

关键词： 690TT合金氧化膜氢水化学氧水化学保护性微观结构

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高Cr镍基合金脱氮反应热力学与动力学研究

稀有金属材料与工程 2020年第11期49卷 3803-3808页

作者：王旻张龙杨亚倩高明丁磊磊马颖澈刘奎中国科学院金属研究所核用材料与安全评价重点实验室辽宁沈阳110016

以高Cr镍基合金为实验对象,对其在真空感应熔炼脱氮过程的热力学与动力学进行研究。结果表明,氮在高Cr镍基合金中的热力学平衡溶解度较高且主要受真空压力控制,为实现[N]≤10μg/g的纯净度指标,合金冶炼真空压力不可高于0.1 Pa。脱氮反... 详细信息

以高Cr镍基合金为实验对象,对其在真空感应熔炼脱氮过程的热力学与动力学进行研究。结果表明,氮在高Cr镍基合金中的热力学平衡溶解度较高且主要受真空压力控制,为实现[N]≤10μg/g的纯净度指标,合金冶炼真空压力不可高于0.1 Pa。脱氮反应初期氮含量迅速下降,但反应中后期需较长时间才可接近氮平衡溶解度,提高精炼温度有助于缩短脱氮平衡反应时间。动力学分析表明高Cr镍基合金脱氮符合二级反应规律,受界面化学反应过程控制,在1500、1550和1600℃条件下的脱氮表观速率常数分别为0.0184、0.0233和0.0397 m·s^-1,平均表观活化能为211.4 kJ·mol^-1。

关键词：镍基合金真空感应熔炼脱氮

压痕应变法应力计算函数和低合金钢力学性能的关系

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焊接学报 2019年第7期40卷 133-138,I0008页

作者：陈静阚盈姜云禄陈怀宁中国科学院金属研究所核用材料与安全评价重点实验室

压痕应变法是一种新型无损的应力检测方法,具有快捷方便、测试准确等优点,影响该方法测量精度的主要因素之一就是应力计算函数(压痕应变增量(Δε)与弹性应变(ε)之间的关系)的确定.文中在已有工作基础上,基于有限元数值模拟计算,结合... 详细信息

压痕应变法是一种新型无损的应力检测方法,具有快捷方便、测试准确等优点,影响该方法测量精度的主要因素之一就是应力计算函数(压痕应变增量(Δε)与弹性应变(ε)之间的关系)的确定.文中在已有工作基础上,基于有限元数值模拟计算,结合试验标定结果,探讨了12种不同力学性能的低合金钢类材料应力计算函数的存在规律.结果表明,在获得材料拉伸力学性能的情况下,根据材料在零应力情况下的应变增量,可以获得该材料的应力计算函数,从而避免了应力计算函数确定时进行的复杂试验标定或模拟计算问题.

关键词：压痕应变法应力计算函数数值模拟低合金钢力学性能

800合金在300℃NaOH和ETA溶液中的腐蚀行为

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金属学报 2016年第5期52卷 599-606页

作者：王家贞王俭秋韩恩厚中国科学院金属研究所中国科学院核用材料与安全评价重点实验室沈阳110016

采用动电位极化曲线,电化学阻抗谱(EIS),SEM,XPS等分析手段研究了800合金在300℃Na OH和乙醇胺(ETA)溶液中的腐蚀行为.结果表明,ETA的添加降低合金的腐蚀电流密度,增大了氧化膜的膜层电阻.无论是否添加ETA,800合金均为双层膜结构.未添加... 详细信息

采用动电位极化曲线,电化学阻抗谱(EIS),SEM,XPS等分析手段研究了800合金在300℃Na OH和乙醇胺(ETA)溶液中的腐蚀行为.结果表明,ETA的添加降低合金的腐蚀电流密度,增大了氧化膜的膜层电阻.无论是否添加ETA,800合金均为双层膜结构.未添加ETA时,合金氧化膜外层富Ni,ETA添加后氧化膜外层富***的添加提高了氧化膜中Cr的富集程度,促进了铬氧化物的形成,增强了800合金氧化膜的保护性.

关键词： 800合金乙醇胺动电位极化曲线氧化膜

Fe-Ni基合金时效过程中γ'相析出的原子探针层析技术研究

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金属学报 2018年第9期54卷 1236-1244页

作者：宋元元赵明久戎利建中国科学院金属研究所中国科学院核用材料与安全评价重点实验室沈阳110016

将一种Fe-Ni基沉淀强化奥氏体合金在980℃固溶后水淬,在620℃经过不同时间时效。利用硬度测试及原子探针层析技术(APT)研究时效过程中g'相的析出行为及其对材料硬度的影响。结果表明,当时效时间小于6 h时,合金硬度增加较快,由时效前的14... 详细信息

将一种Fe-Ni基沉淀强化奥氏体合金在980℃固溶后水淬,在620℃经过不同时间时效。利用硬度测试及原子探针层析技术(APT)研究时效过程中g'相的析出行为及其对材料硬度的影响。结果表明,当时效时间小于6 h时,合金硬度增加较快,由时效前的145 HV迅速增加至205 HV,随后硬度增加速率缓慢;时效120 h时,硬度为251 HV。APT结果表明,合金经固溶处理后,合金元素均匀分布在基体中。在时效最初阶段,Ti发生了较为明显的偏聚,形成含有Fe、Ni和Al等元素的富Ti纳米团簇。随着时效时间延长,富Ti纳米团簇中的Ni和Al原子的含量逐步增多,而Fe、Cr及Mo等原子的含量不断减少;当时效至120 h时,团簇中Ni与Ti+Al比值近似于3,即已完全形成g'相,表明g'相析出是形核-长大过程。合金硬度的变化与时效过程中g'相的数量密度和体积分数有关。

关键词： Fe-Ni基合金 γ'相时效纳米团簇原子探针层析技术

Inconel 690TT和Incoloy 800MA蒸汽发生器管材在高温高压水中的腐蚀行为研究

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金属学报 2016年第10期52卷 1333-1344页

作者：王俭秋黄发柯伟中国科学院金属研究所中国科学院核用材料与安全评价重点实验室沈阳110016

利用多种分析手段深入分析了Inconel 690TT和Incoloy 800MA合金蒸汽发生器管材及其在高温高压水环境中的腐蚀行为.结果表明,沿管材厚度方向从内壁至外壁,Inconel 690TT合金管材S3晶界偏离理想晶界的程度逐渐增大,Kernel平均取向差（KAM... 详细信息

利用多种分析手段深入分析了Inconel 690TT和Incoloy 800MA合金蒸汽发生器管材及其在高温高压水环境中的腐蚀行为.结果表明,沿管材厚度方向从内壁至外壁,Inconel 690TT合金管材S3晶界偏离理想晶界的程度逐渐增大,Kernel平均取向差（KAM）也逐渐增大,管材外壁为最薄弱区;Incoloy 800MA合金管材S3晶界偏离理想晶界的程度均匀,且主要集中于0～1°的小偏差范围内,KAM应变的变化也趋于平缓.溶氧的高温纯H2O中,Inconel 690TT合金表面腐蚀产物为双层膜结构,外层为富Fe尖晶石与NiO小颗粒,内层膜为NiO相且疏松多孔,不能对基体起到良好的保护作用,局部区域腐蚀深度可达716 nm;Incoloy 800MA合金表面腐蚀产物为双层膜结构,外层为大颗粒状尖晶石相,内层膜为小颗粒尖晶石相,Cr在内层膜与基体的界面富集,平均腐蚀深度仅约为150 nm.相同条件下,溶氧的高温纯H2O中Incoloy 800MA合金的内层膜厚度显著小于Inconel 690TT合金.因此,在溶氧高温高压纯H2O环境中,Cr发生溶解,Incoloy 800MA合金比Inconel 690TT合金耐蚀性更优.

关键词： Inconel 690TT合金 Incoloy 800MA合金高温高压水氧化膜

核电站316L不锈钢弯头应力腐蚀行为的寿命预测

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金属学报 2017年第4期53卷 455-464页

作者：郭舒韩恩厚王海涛张志明王俭秋中国科学院金属研究所中国科学院核用材料与安全评价重点实验室沈阳110016

采用数值模拟方法对核电站316L不锈钢弯头的应力腐蚀裂纹扩展行为进行了研究。首先针对不锈钢厚壁弯头(外径355.6 mm,内径275.6 mm)进行有限元建模,在弯头内壁上创建出与实际裂纹相符的半椭圆状3D缺陷作为裂纹形状,其裂纹张开位移(δ_i)... 详细信息

采用数值模拟方法对核电站316L不锈钢弯头的应力腐蚀裂纹扩展行为进行了研究。首先针对不锈钢厚壁弯头(外径355.6 mm,内径275.6 mm)进行有限元建模,在弯头内壁上创建出与实际裂纹相符的半椭圆状3D缺陷作为裂纹形状,其裂纹张开位移(δ_i)由Dugdale模型计算确定;然后根据有限元计算结果,建立裂纹应力强度因子(K)随裂纹深度(a)及附加应力(P)变化的拟合公式,结合实验数据得到管材在2种冷变形量下的应力腐蚀裂纹扩展速率(da/dt)拟合公式,利用迭代方法计算了裂纹穿透管壁所需的时间,为核电站安全评估提供了有效依据。研究显示,当弯头部位的冷变形量较小(硬度为230~245 HV)且在理想情况下(无初始附加应力),弯头被应力腐蚀裂纹穿透耗时最长(约57 a);当初始附加应力增加至200 MPa,此失效时间约缩减至前者的1/5(无应力释放)、2/7(应力释放一半)以及3/7(应力完全释放);保持初始附加应力不变(200 MPa)并提高弯头部位冷加工变形量(由硬度为230~245 HV提高到275~300 HV),弯头的大变形部位被穿透时间约缩短至小变形部位失效时间的2/5(无应力释放)、3/8(应力释放一半)以及1/3(应力完全释放),由此可见应力释放程度的降低和冷加工变形量的增加均导致了核电站316L不锈钢弯头剩余寿命的缩短。

关键词： 316L不锈钢弯头应力腐蚀裂纹扩展裂纹张开位移有限元分析应力释放冷加工变形

一种Fe-Cr-Ni-Mo高强高韧合金钢焊接接头的组织和力学性能

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金属学报 2018年第1期54卷 1-10页

作者：胡小锋姜海昌赵明久闫德胜陆善平戎利建中国科学院金属研究所中国科学院核用材料与安全评价重点实验室沈阳110016

采用熔化极活性气体保护焊(MAG焊)对一种Fe-Cr-Ni-Mo高强高韧合金钢板进行多道次焊接,利用SEM、EPMA、TEM以及拉伸、冲击等实验研究了焊接接头的组织和力学性能。结果表明,焊缝金属由柱状晶和等轴晶组成,其中上部焊缝以柱状晶为主,而下... 详细信息

采用熔化极活性气体保护焊(MAG焊)对一种Fe-Cr-Ni-Mo高强高韧合金钢板进行多道次焊接,利用SEM、EPMA、TEM以及拉伸、冲击等实验研究了焊接接头的组织和力学性能。结果表明,焊缝金属由柱状晶和等轴晶组成,其中上部焊缝以柱状晶为主,而下部焊缝的等轴晶含量增加。焊缝上部因冷速较快形成回火马氏体组织;下部因合金元素含量较高,淬硬倾向较强,形成了粒状贝氏体组织。靠近焊缝的热影响区为较粗大的马氏体组织,其硬度最大(621 HV),明显高于母材(410 HV)。上部焊缝金属的硬度为365 HV,低于母材,而下部焊缝的硬度高于焊缝上部和母材,为450 HV。因此,焊接接头上部拉伸试样在焊缝处发生断裂,断裂强度为1109 MPa,而焊缝的下部拉伸试样在母材处发生断裂,断裂强度为1183 MPa。本实验用Fe-Cr-Ni-Mo合金钢的焊接接头强度较高,焊接强度系数不小于0.93,焊缝金属的冲击功为53 J。

关键词： Fe-Cr-Ni-Mo高强高韧合金钢焊接接头回火马氏体粒状贝氏体力学性能