630～700℃超超临界燃煤电站耐热管及其制造技术进展

迄今,600℃超超临界是世界最先进商用燃煤电站技术。630～700℃超超临界燃煤电站研发将奠定我国火电技术的国际领先地位,对实现国家节能减排目标具有重要战略意义。耐热材料是制约火电机组蒸汽温度进一步提升的技术瓶颈,本文简述了国内外630～700℃超超临界电站耐热材料研制现状,指出了我国急需研发的关键耐热材料。阐述了作者团队在多年实践中总结的电站耐热材料"全流程选择性冶金过程设计和选择性强韧化设计"观点,重点介绍了在该设计观点指导下,我国成功研发了用于630～650℃的马氏体耐热钢G115~?,用于650～700℃的固溶强化型镍基耐热合金C-HRA-2~?、C-HRA-3~?,以及用于700～750℃的析出强化型镍基耐热合金C-HRA-1~?,系统构建了我国630～700℃超超临界燃煤锅炉耐热材料体系,并已成功制造了上述新型耐热材料锅炉管。     

700℃汽轮机转子用耐热合金的研究进展

700℃超超临界电站用高中压转子是汽轮机中的核心部件,高中压汽轮机转子材料的选择是当前的研究热点。新型铁素体系和奥氏体系耐热钢的研发促进了600℃超超临界火力发电机组的建设,而铁素体系和奥氏体系耐热钢已经不适用于700℃超超临界电站中高温部件的制造,必须考虑采用镍基耐热合金。文章着重分析了700℃超超临界汽轮机转子用耐热合金的技术特点,介绍了欧洲、美国和日本在700℃超超临界汽轮机转子耐热合金的研发和工业制造方面所取得的最新进展,讨论了中国700℃超超临界汽轮机转子耐热合金的发展趋势。     

Q235B钢板冷弯裂纹成因分析

某厚度为8mm的Q235B钢板在冷弯塑性变形超过90°后,反向弯曲调整角度时,在弯角处出现由内侧向外侧扩展的裂纹,为分析裂纹成因,对开裂钢板进行了断口分析、力学性能测试、金相检验、显微硬度测试以及电子背散射衍射分析。结果表明:由于Q235B钢板基体中含有超视场尺寸的长条状和链状夹杂物,钢板冲击韧度偏低,钢板正弯后在弯角处存在一定程度的加工硬化和弯角内侧形成的晶体结构变化,使得钢板处于反弯韧性和塑性力学性能劣化的状态,从而导致钢板在反向弯曲调整时在弯角内侧以脆性解理方式开裂。     

热管反应堆用热管材质与吸液芯材料探讨

在介绍热管堆中热管的基本工作原理基础上,讨论了制造热管材料和毛细芯材料的选材问题。通过对多种可用于制造热管的马氏体耐热钢、奥氏体耐热钢、铁镍基合金以及镍基合金的较全面讨论,探讨了9%(质量分数)Cr马氏体耐热钢、18Cr-8Ni系奥氏体耐热钢以及镍基耐热合金用于制造热管的可行性。并建议后续对特殊性能补充系统性试验,积累完善相关数据,并制定候选材料的制造工艺标准。热管用毛细芯则可以选用具有超强虹吸能力的新型多孔镍基合金材料。     

电熔增材制造16MND5钢的低周疲劳特性

摘要：电熔增材是一种新型重型金属3D打印技术,使用该技术制造的16MND5钢是一种新型材料,对其低周疲劳特性进行系统研究,对推动该技术在核电压力容器上的应用具有重要的指导意义。对电熔增材制造16MND5钢进行了低周疲劳试验研究,试验温度为室温和350℃,采用轴向总应变控制方式,应变比R=-1,应变范围±0.2%～±0.8%。对试验数据进行拟合计算,获得电熔增材制造16MND5钢的应力 应变曲线、应变-寿命曲线和低周疲劳设计曲线等。采用扫描电子显微镜对疲劳试样断口进行了观察,结果显示电熔增材16MND5钢的低周疲劳断口存在多个裂纹源,裂纹扩展区为一系列相互平等的疲劳条带,扩展区同时存在着蠕变孔洞和二次小裂纹,最终断裂区属于韧性断裂。     

反应堆压力容器用SA508Gr.4N钢的热变形行为

利用Gleeble-1500D热模拟试验机,在温度为1050~1250℃、应变速率为0.001~0.1s-1、真应变量0.16的条件下,研究和分析SA508Gr.4N钢高温塑性变形及动态再结晶行为。结果表明:SA508Gr.4N钢的高温真应力-应变曲线主要以动态再结晶为特征,峰值应力随变形温度的降低或应变速率的升高而增加,属于温度和应变速率敏感材料;在真应力-应变曲线的基础上,建立材料热变形本构方程,较好地表征了材料高温流变特征,其热激活能为383.862kJ/mol;其硬化率-应力(θ-σ)曲线均呈现拐点且-dθ/dσ-σ曲线出现极小值;临界应变随应变速率的增大与变形温度的降低而增加,且临界应变(εc)与峰值应变(εp)之间具有一定相关性,即εc/εp=0.517;临界应变与Z参数之间的函数关系为εc=8.57×10-4 Z0.148。     

硅对9Cr-1.5WVTa低活化马氏体钢力学性能的影响

基于中国正在研究的聚变堆用9Cr-1.5WVTa低活化马氏体钢(CLAM钢),研究了添加合金元素硅对CLAM钢力学性能的影响。结果表明,添加0.2%Si使得CLAM钢的抗拉强度和屈服强度明显提高,钢的塑性和冲击韧性同时也得到一定提高,其中,韧脆转变温度(DBTT)由-13℃降至-30℃。未添加和添加0.29%Si的CLAM钢均为全马氏体组织,无δ铁素体存在。硅的添加使得9Cr-1.5WVTaSi钢的晶粒细化,从而提高了钢的拉伸和冲击性能。     

核电用钢SA508Gr.4N两段式本构模型的建立及管板终锻火次模拟

采用新一代核电材料SA508Gr. 4N钢的真应力-真应变数据,建立了该材料基于物象的温度、应变及应变速率的两段式流变应力本构模型,引入了相关系数R及平均相对误差AARE,验证本构模型的预测能力,发现相关系数和平均相对误差分别为0. 9915和5. 06%。采用该本构模型进行二次开发,基于Fortran语言编写子程序嵌入DEFORM软件,结合SA508Gr. 4N钢随温度变化的热导率及比热容等实测热物性参数,对核电关键零件管板大锻件的关键终锻火次,包括平锤头展宽、压平凸台及旋转压实3个子工艺进行了系统模拟,分析了在不同工艺参数下,热锻成形过程中的锻件温度场、应力场、等效应变场及最终成形性能,最后得到了合理的锻造工艺方案。     

固溶处理对超超临界电站用镍基耐热合金组织及性能的影响

通过提高Inconel 617合金Al和Ti含量、增加B元素,获得一种超超临界电站用镍基耐热合金,研究固溶处理对合金组织及性能的影响。结果表明:1100~1190 ℃固溶2 h,随固溶温度提高,平均晶粒尺寸从68 μm长大至139 μm,硬度从203 HBW降至175 HBW;1100 ℃固溶1~4 h,晶内碳化物逐渐回溶,晶界碳化物沿晶界断续状分布且变化不明显。固溶温度提高,合金高温拉伸、室温冲击性能降低;炉冷试样高温拉伸性能略低于水冷试样,但显著高于Inconel 617合金。推荐试验合金固溶热处理工艺为1100 ℃×2 h水冷。     

聚变堆用9Cr-1.5WVTa低活化马氏体钢的热物理性能研究

基于中国正在研究的聚变堆用9Cr-1.5 WVTa低活化马氏体钢（CLAM钢）,采用膨胀仪测量了两组不同硅含量CLAM钢从100℃到700℃的热膨胀系数,利用激光闪光法测量两组试样从室温到700℃的热扩散率、比热及热导率等热物性参数。所得试验数据按照多项式拟合绘图并与F82 H比较。结果显示：CLAM钢的热膨胀性能比F82 H稍好,而导热性能则相对较差;未添加质量分数为0.2%硅的CLAM钢具有较优良的热物理性能,热膨胀系数低,热导率高,这种差别主要原因在于硅含量低的CLAM钢的原奥氏体晶粒尺寸较粗大、晶界较少。