T91和316L鋼在液態(tài)PB-Bi共晶合金中應(yīng)力腐蝕行為研究.pdf

1、Pb-Bi共晶合金(Lead-Bismuth Eutectic，LBE)因其在熱物理性能、中子經(jīng)濟(jì)性能及安全性等方面的優(yōu)勢成為加速器驅(qū)動次臨界系統(tǒng)(ADS)鉛基反應(yīng)堆和散裂靶的主要候選冷卻劑材料。馬氏體鋼T91和奧氏體鋼316L是國際上ADS系統(tǒng)鉛基反應(yīng)堆重要的候選結(jié)構(gòu)材料。然而，在應(yīng)力及LBE的協(xié)同作用下，結(jié)構(gòu)材料將有發(fā)生液態(tài)金屬脆化(Liquid Metal Embrittlement，LME)效應(yīng)的可能性，因此可能會對反應(yīng)堆的安全

2、運(yùn)行帶來一定隱患?；诖?，本論文開展了T91和316L鋼在LBE中的應(yīng)力腐蝕脆化行為研究，主要內(nèi)容及結(jié)論如下:
　　1)為了定性評估T91和316L鋼在LBE中的應(yīng)力腐蝕脆化傾向，采用靜滴法研究了LBE-T91和LBE-316L在200—600℃條件下的潤濕性。結(jié)果顯示:在惰性氣氛中兩個體系潤濕性均較弱，當(dāng)溫度低于400℃時，界面接觸角均隨著溫度的升高而減小，當(dāng)溫度高于400℃時，界面接觸角基本保持不變。相同溫度下對比分析表明，L

3、BE在T91鋼表面的接觸角(121～100°)略低于在316L鋼表面的接觸角(145～107°)，這說明T91鋼與LBE的界面相互作用較強(qiáng)，即T91鋼在LBE中發(fā)生脆化的可能性較大。
　　2)采用慢應(yīng)變速率拉伸應(yīng)力腐蝕裝置開展了200～450℃范圍內(nèi)氧飽和LBE和氣氛中的對比實(shí)驗(yàn)。結(jié)果顯示:316L鋼在實(shí)驗(yàn)溫度范圍內(nèi)的力學(xué)性無顯著變化;而在400℃以上T91鋼試樣延伸率出現(xiàn)了較大幅度的提高。為進(jìn)一步揭示LBE氧濃度及表面缺陷對結(jié)構(gòu)

4、材料脆化行為的影響，同時考慮T91鋼的韌性回復(fù)溫度，選取在350℃LBE中開展了T91和316L鋼的預(yù)浸潤及表面刻痕試樣的應(yīng)力腐蝕脆化行為研究。結(jié)果顯示:在氧濃度為10-6wt％和10-8wt％的LBE環(huán)境中充分潤濕后的T91試樣總延伸率分別降低了15％和25％，且加速斷裂發(fā)生在塑性變形階段;而316L鋼延伸率無明顯變化。對于表面刻痕的T91試樣，未提前浸潤時為韌性斷裂，而在低氧（10-8wt％）的LBE中浸潤后總延伸率降低約40％，試

5、樣斷口具有明顯的脆性斷裂特征。
　　3)為了研究結(jié)構(gòu)部件在周向靜載荷及LBE協(xié)同作用下的服役行為，采用恒應(yīng)變方式分別開展了T91和316L鋼在氧飽和（～5×10-4Wt％）及低氧(～10-8wt％)LBE中的應(yīng)力腐蝕實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果表明:無論是氧飽和還是低氧條件下，T91和316L鋼均未產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂現(xiàn)象。一方面是由于鋼表面生成了具有保護(hù)性的氧化層，阻礙了固-液的接觸;另一方面是由于加載的應(yīng)力在材料的彈性變形范圍內(nèi)，未達(dá)到材料表面