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核用690合金传热管高温高压水微动磨损行为研究

蒸汽发生器作为压水堆核电站中一、二回路的枢纽，其传热管面积约占核电站一回路承压边界的80%，是核电站的关键部件之一。早期研究主要关注传热管的均匀腐蚀、点蚀和应力腐蚀等，但随着耐腐蚀及应力腐蚀性能优异的690合金的广泛应用，由磨损（主要为微动磨损）引起的传热管失效已经成为690传热管最主要是失效形式。微动磨损部位主要发生于传热管与其支撑结构（管板、防振条等）间，主要由流致振动引起。本文采用高温高压水微动磨损测试系统，研究了温度、法向载荷、振幅和频率等对690合金传热管微动磨损行的影响，并采用SEM、TEM及t-EBSD等研究了相应的微动损伤。温度的影响：相同机械参数条件下，100℃条件下磨损程度最严重，其次为室温条件，温度为200℃时磨损轻微；磨损机制随着温度不同而不同；室温条件下的结果用于实际服役寿命预测可能存在风险或过于保守。法向载荷与振幅的影响：法向载荷与振幅协同作用，共同决定微动区域和微动损伤形式；首次给出了高温高压水条件下的摩擦力位移曲线随磨损周次的变化图，在此基础上获得了能量磨损系数；不同微动区域下，材料的微动损伤不同。频率的影响：在30Hz~150Hz范围内，磨损体积先增后将，但总体变化不大，90Hz时磨损体积最大。了解690传热管的微动磨损行为及微动损伤，对于传热管的寿命预测具有重要的实际工程意义，应当引起核电设计、制造、运行单位的关注。