專利名稱：一種管材應(yīng)力腐蝕開裂加載方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及應(yīng)力腐蝕開裂技術(shù)，具體為一種管材應(yīng)力腐蝕開裂加載方法。
背景技術(shù)：
核電站的蒸汽發(fā)生器是反應(yīng)堆核電站一回路、二回路的邊界，它將反應(yīng)堆產(chǎn)生的 熱量通過一回路傳遞給蒸汽發(fā)生器二次側(cè)，產(chǎn)生蒸汽推動汽輪機(jī)做功。同時(shí)，它又是分隔一 次側(cè)和二次側(cè)介質(zhì)的屏障，避免一回路的放射性物質(zhì)進(jìn)入二回路，它對于核電站的安全運(yùn) 行非常重要。美國電力研究院統(tǒng)計(jì)從1973年到1999年間世界范圍內(nèi)蒸汽發(fā)生器失效機(jī)制 結(jié)果表明蒸汽發(fā)生器傳熱管因受應(yīng)力腐蝕開裂而發(fā)生失效是最為嚴(yán)重的。為減輕蒸汽發(fā)生器傳熱管的應(yīng)力腐蝕開裂，主要采取兩方面措施一方面是嚴(yán)格 控制回路中的水化學(xué)，另一方面是研發(fā)更加耐蝕的合金，且合金的不同加工工藝、熱處理工 藝和表面狀態(tài)對應(yīng)力腐蝕開裂有較大影響，但是這些措施的改進(jìn)都需要從實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行的 應(yīng)力腐蝕開裂實(shí)驗(yàn)得到證實(shí)。目前，歐美等發(fā)達(dá)國家的蒸汽發(fā)生器管主要采用690合金，而 國內(nèi)690合金尚未批量生產(chǎn)。實(shí)驗(yàn)室對蒸汽發(fā)生器傳熱管的應(yīng)力腐蝕開裂研究主要是通 過C形環(huán)加載的方式。一般進(jìn)行高溫高壓實(shí)驗(yàn)的高壓釜容積只有5L左右，空間有限，所能 放的樣品也十分有限。而且，在對比相同應(yīng)力條件下不同表面狀態(tài)對應(yīng)力腐蝕開裂影響時(shí)， 不可避免要引入因測量誤差而帶來應(yīng)力狀態(tài)的誤差。因此，為了節(jié)約材料、節(jié)省實(shí)驗(yàn)設(shè)備資 源，且能在相同應(yīng)力條件下進(jìn)行較為精確的對比研究，設(shè)計(jì)了利用對稱結(jié)構(gòu)對管材加載的 方法。目前，這一方法在國內(nèi)外尚未見有報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種管材應(yīng)力腐蝕開裂加載方法，該方法能較為精確控制 應(yīng)力大小，能對比不同應(yīng)力狀態(tài)和利用對稱結(jié)構(gòu)研究相同應(yīng)力不同表面狀態(tài)的應(yīng)力腐蝕開 裂行為，同時(shí)節(jié)約材料和實(shí)驗(yàn)設(shè)備資源。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種管材應(yīng)力腐蝕開裂加載方法，將管材試樣加工成對稱結(jié)構(gòu)，然后對其進(jìn)行加 載；通過螺栓加載的方式改變管材直徑，利用管材直徑變化計(jì)算加載應(yīng)力大小，研究不同應(yīng) 力條件下的應(yīng)力腐蝕開裂行為。所述的管材應(yīng)力腐蝕開裂加載方法，試樣中的應(yīng)力分布是對稱的。所述的管材應(yīng)力腐蝕開裂加載方法，在相同的應(yīng)力條件下，根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要將試樣 的兩個(gè)測試面加工成不同表面狀態(tài)，對比研究不同表面狀態(tài)的應(yīng)力腐蝕開裂行為。所述的管材應(yīng)力腐蝕開裂加載方法，表面狀態(tài)的加工采用原始表面狀態(tài)、噴丸、拋 光或機(jī)械打磨。所述的管材應(yīng)力腐蝕開裂加載方法，將試樣浸泡于腐蝕溶液中，在浸泡實(shí)驗(yàn)過程 中，整個(gè)試樣的電位是一致的。所述的管材應(yīng)力腐蝕開裂加載方法，腐蝕溶液、溫度和壓力的選擇與實(shí)際管材使用工況相同或相近，能使管材在該特定條件下產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂。所述的管材應(yīng)力腐蝕開裂加載方法，所述管材試樣加工成的對稱結(jié)構(gòu)包括上下對 稱、左右對稱或前后對稱。所述的管材應(yīng)力腐蝕開裂加載方法，該對稱結(jié)構(gòu)可以為管材試樣上下加工成對稱 的凹形結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的有益效果是1、本發(fā)明通過截取一段管材，加工成對稱結(jié)構(gòu)，利用螺栓對管材加載的應(yīng)力計(jì)算 方法得出加載應(yīng)力，并利用對稱結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的相同應(yīng)力狀態(tài)下研究不同表面狀態(tài)的應(yīng)力腐蝕 開裂行為。2、本發(fā)明可以提高材料利用率，從而節(jié)約材料。3、本發(fā)明可以在實(shí)驗(yàn)室高壓釜有限的空間中放入更多的樣品，節(jié)約實(shí)驗(yàn)設(shè)備資 源。4、本發(fā)明充分利用管材的對稱結(jié)構(gòu)進(jìn)行加載，可用來對比研究相同應(yīng)力、電位等 條件下不同表面狀態(tài)的應(yīng)力腐蝕開裂行為，減少實(shí)驗(yàn)誤差，尤其適用于研究受表面狀態(tài)影 響顯著的傳熱管應(yīng)力腐蝕開裂行為研究。


圖1為按照690合金管材尺寸設(shè)計(jì)的試樣三視圖。具中，(a)為主視圖；(b)為側(cè) 視圖；(c)為俯視圖。圖2為圖1的690合金管材試樣的立體示意圖。圖3(a)為試樣上拋光面的掃描電鏡結(jié)果。圖3(b)為試樣上原始表面的掃描電鏡結(jié)果。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明管材應(yīng)力腐蝕開裂加載方法如下將管材試樣加工成如附圖1、圖2所示的對稱結(jié)構(gòu)，然后對其進(jìn)行加載。通過螺栓 加載的方式改變圓管直徑，利用圓管直徑變化計(jì)算加載應(yīng)力大小，研究不同應(yīng)力條件下的 應(yīng)力腐蝕開裂行為。本發(fā)明中，所述管材試樣加工成的對稱結(jié)構(gòu)包括上下對稱(如圖1 (a)主視圖；(b) 側(cè)視圖所示)、左右對稱(如圖1 (a)主視圖；(c)俯視圖所示)和前后對稱(如圖1 (b)為 側(cè)視圖；(c)為俯視圖所示)。加工成對稱結(jié)構(gòu)的目的是充分利用管材的對稱結(jié)構(gòu)，其作用是在管材試樣的兩個(gè) 測試面中產(chǎn)生相同的應(yīng)力場，既節(jié)約材料又便于實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比。試樣中的應(yīng)力分布也是對稱的，在相同的應(yīng)力條件下，可根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要將一個(gè)試 樣的兩個(gè)測試面(如附圖1所示的A、B面)加工成不同表面狀態(tài)，如噴丸、拋光和機(jī)械打磨 等，對比研究不同表面狀態(tài)的應(yīng)力腐蝕開裂行為。將試樣浸泡，在浸泡實(shí)驗(yàn)過程中，整個(gè)試樣的電位是一致的，對比A、B面的應(yīng)力腐 蝕開裂行為更為可靠。下面以690合金管材為例，利用該應(yīng)力腐蝕開裂加載方法的步驟如下
1、按照圖1、圖2所示形狀、尺寸加工試樣。本實(shí)施例中，這段管材試樣上下加工成 對稱的凹形結(jié)構(gòu)1、2，管材兩側(cè)面(如凹形結(jié)構(gòu)1、2兩側(cè)的管材對稱位置)為加載面3、4， 加載面3、4上開設(shè)相對應(yīng)的孔5，用于穿設(shè)螺栓加載。2、將試樣上A、B兩個(gè)測試面的表面狀態(tài)加工到實(shí)驗(yàn)所要研究的狀態(tài)。這兩個(gè)面的 表面狀態(tài)可以相同，也可以不同。當(dāng)這兩面的表面狀態(tài)不同時(shí)，便可對比研究相同應(yīng)力狀態(tài) 下、不同表面狀態(tài)的應(yīng)力腐蝕開裂行為。本實(shí)施例中，試樣上A、B兩個(gè)測試面的表面狀態(tài)分別為拋光表面和原始表面狀 態(tài)。3、設(shè)計(jì)加載應(yīng)力的大小。利用美國材料與試驗(yàn)協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)ASTM G38附錄中通過改 變圓環(huán)直徑產(chǎn)生所需應(yīng)力的計(jì)算方法，計(jì)算加載該應(yīng)力后圓環(huán)直徑的變化。計(jì)算公式如下ODf = OD- Δ，Δ = f ji D2/4EtZ其中，OD 管材外徑(mm) ；ODf 管材加載后外徑(mm) ；f 所加載的應(yīng)力(MPa)； Δ 管材加載前后外徑變化(mm) ；D 名義直徑(0D_t) (mm) ；t 管材壁厚(mm) ；E 彈性模量 (MPa) ；Z 彎曲梁修正因子。本實(shí)施例中，690合金的各項(xiàng)參數(shù)如下OD 19. 05mm ；f :303MPa ；t 1. 09mm ；E 2. IlXlO5MPa ；Z 0. 96，管材加載后外徑 ODf 為 18. 70mm。4、在試樣上的兩個(gè)孔中穿入不銹鋼螺栓，用扳手緩慢轉(zhuǎn)動螺母，并不斷用數(shù)顯千 分尺測量圓環(huán)直徑變化直至達(dá)到上述步驟3所計(jì)算的數(shù)值。5、將試樣放入高壓釜中浸泡，可根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要選擇不同的溶液、溫度和壓力。本實(shí)施例中，采用的溶液、溫度和壓力分別如下溶液成分為10wt% NaOH和 IOOppm PbO，溫度為330°C，壓力為llMPa，保溫時(shí)間為30天(720h)。6、實(shí)驗(yàn)結(jié)束，將試樣放在電鏡下進(jìn)行表面和截面的觀察。本實(shí)施例中，試樣通過觀察后的結(jié)果如下圖3(a)為試樣上拋光面的掃描電鏡結(jié)果，結(jié)果顯示該面上沒有產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂 紋；而圖3(b)方試樣上原始表面的掃描電鏡結(jié)果，結(jié)果顯示該面產(chǎn)生了應(yīng)力腐蝕裂紋。本發(fā)明中690合金即美國牌號Inconel 690合金，其主要成分范圍如下
權(quán)利要求
一種管材應(yīng)力腐蝕開裂加載方法，其特征在于將管材試樣加工成對稱結(jié)構(gòu)，然后對其進(jìn)行加載；通過螺栓加載的方式改變管材直徑，利用管材直徑變化計(jì)算加載應(yīng)力大小，研究不同應(yīng)力條件下的應(yīng)力腐蝕開裂行為。
2.按照權(quán)利要求1所述的管材應(yīng)力腐蝕開裂加載方法，其特征在于試樣中的應(yīng)力分 布是對稱的。
3.按照權(quán)利要求1所述的管材應(yīng)力腐蝕開裂加載方法，其特征在于在相同的應(yīng)力條 件下，根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要將試樣的兩個(gè)測試面加工成不同表面狀態(tài)，對比研究不同表面狀態(tài)的 應(yīng)力腐蝕開裂行為。
4.按照權(quán)利要求1所述的管材應(yīng)力腐蝕開裂加載方法，其特征在于表面狀態(tài)的加工 采用原始表面狀態(tài)、噴丸、拋光或機(jī)械打磨。
5.按照權(quán)利要求1所述的管材應(yīng)力腐蝕開裂加載方法，其特征在于將試樣浸泡于腐 蝕溶液中，在浸泡實(shí)驗(yàn)過程中，整個(gè)試樣的電位是一致的。
6.按照權(quán)利要求5所述的管材應(yīng)力腐蝕開裂加載方法，其特征在于腐蝕溶液、溫度和壓力的選擇與實(shí)際管材使用工況相同或相近，能使管材在該特定條件下產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開 m農(nóng)。
7.按照權(quán)利要求1所述的管材應(yīng)力腐蝕開裂加載方法，其特征在于所述管材試樣加 工成的對稱結(jié)構(gòu)包括上下對稱、左右對稱或前后對稱。
8.按照權(quán)利要求7所述的管材應(yīng)力腐蝕開裂加載方法，其特征在于該對稱結(jié)構(gòu)可以 為管材試樣上下加工成對稱的凹形結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明涉及應(yīng)力腐蝕開裂技術(shù)，具體為一種管材應(yīng)力腐蝕開裂加載方法。該加載方式可用于研究管材在不同應(yīng)力狀態(tài)和相同應(yīng)力不同表面狀態(tài)的應(yīng)力腐蝕開裂行為。本發(fā)明將管材試樣加工成對稱結(jié)構(gòu)，然后對其進(jìn)行加載；通過螺栓加載的方式改變管材直徑，利用管材直徑變化計(jì)算加載應(yīng)力大小，研究不同應(yīng)力條件下的應(yīng)力腐蝕開裂行為。本發(fā)明方法可以節(jié)省材料用量，便于結(jié)果對比，尤其適用于研究受表面狀態(tài)影響顯著的傳熱管應(yīng)力腐蝕開裂行為研究。
文檔編號G01N3/08GK101957287SQ200910012610
公開日2011年1月26日 申請日期2009年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月20日
發(fā)明者柯偉, 王儉秋, 酈曉慧, 韓恩厚 申請人:中國科學(xué)院金屬研究所