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压水堆用690合金传热管模拟服役环境中微动图的建立、磨损机制与损伤机理研究

批准号:
52105221
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
明洪亮
学科分类:
摩擦学及机械表界面科学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
明洪亮

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
微动磨损是压水堆核电站中690合金传热管长期服役过程中最主要的失效形式,至今未解决的根本原因是模拟真实高温高压极端服役环境中的研究难度大、数据少。根据国内外研究调研,提出了模拟真实环境、两类微动图的建立和微动损伤微纳尺度表征3个亟需解决的问题并制定了研究方案。申请人拟利用团队研制的高温高压微动磨损测试系统,在模拟690传热管高温高压二回路水/水蒸汽服役环境中对其微动磨损行为进行系统研究:通过实验设计,快速建立690传热管的运行工况微动图;在不同的微动区域、微动区域边界上选取典型法向载荷和位移幅值进行长期微动磨损实验,通过对微动损伤的宏观、微观分析,建立材料响应微动图,弄清690合金传热管在不同微动区域下的微动磨损机制及损伤机理,并形成微动损伤模型和寿命预测模型。研究将为蒸汽发生器的结构设计、振动控制和寿命评估提供准确的数据支撑和理论支持,对我国核电站的安全可靠运行和延寿具有重要意义。
英文摘要
Fretting wear has become the main failure mode of Alloy 690 heat exchanger tubes in pressurized water reactor nuclear power plant during the long-term operation, and the fundamental reason for why it has not been solved so far is that it is difficult to simulate the real service environment during fretting wear test and the data is limited. According to the domestic and international research status, three urgent problems, real service environment experiment, establishment of two types of fretting maps and micro-nano scale characterization of fretting damage, are put forward and a corresponding research plan is made. The applicant intends to use the high temperature high pressure fretting wear testing system developed by our own team to systematically study the fretting wear behavior of 690 heat exchanger tubes in the simulated real service environment (high temperature high pressure secondary loop water/steam). By a well-designed method, the running condition fretting map will be quickly established. Then, typical combinations of normal force and displacement amplitude are selected to carry out fretting wear tests in different fretting regimes and regime boundaries. The material response fretting map will be established through macro and micro analysis of fretting damages. Finally, the fretting wear and damage mechanism of Alloy 690 heat exchanger tube in simulated high temperature high pressure service environment will be investigated, and the fretting damage model and life prediction mode will be established. The research will provide accurate data support for the structural design, vibration control and life evaluation of steam generators, which has important engineering significance for the safe and reliable operation and life extension of nuclear power plants in China.
微动磨损是压水堆核电站中690合金传热管长期服役过程中最主要的失效形式,至今未解决的根本原因是模拟真实高温高压极端服役环境中的研究难度大、数据少。本项目针对模拟真实环境、两类微动图的建立和微动损伤微纳尺度表征3个亟需解决的问题,(1)形成了压水堆核电站高温高压二回路水/水蒸汽环境中快速建立690合金在管/板接触形式下微动图的新方法,包括运行工况微动图和材料响应微动图;(2)利用先进的分析手段,系统性地揭示了高温高压二回路水/水蒸汽环境中不同微动区域下的微动磨损机制和损伤机理,尤其是弄清了微动磨损过程对材料造成的微观损伤(晶体结构、位错、层错等晶体缺陷等)、磨损和腐蚀的相互影响机制等;(3)建立了管/板接触形式下690合金传热管的微动损伤模型和寿命预测模型。研究成果不仅可以为后续其它水化学环境中运行工况微动图的建立提供指导,还可从微动磨损的角度为现有蒸汽发生器传热管的寿命评估和新一代蒸汽发生器的结构设计、振动控制提供准确的数据支撑和理论支持,对我国核电站的安全可靠运行具有重要的工程意义。项目执行过程中,团队累计在摩擦学领域顶刊Wear和Tribology International、腐蚀领域顶Corrosion Science和材料学top期刊Journal of Materials Science & Technology等发表高水平SCI论文7篇(总影响因子>50),颁布实施中国核学会团体标准1项,申请专利2项,参加国际会议2次、国内会议1次,培养博士研究生1名(获得中国科学院院长优秀奖、师昌绪一等奖学金和中国科学技术大学优秀毕业生等荣誉);项目负责人晋升为研究员,并入选中国科学院青年创新促进会会员和中国科学院稳定支持基础研究领域青年团队成员,获得中国科学技术大学科教融合优秀导师奖,当选中国电力发展促进会核能工程标准化技术委员会委员、腐蚀控制产业技术创新战略联盟副秘书长和广东省腐蚀控制标准化技术委员会委员等。
核用690TT合金传热管表面划伤诱导应力腐蚀裂纹萌生机理研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    53万元
  • 批准年份:
    2022
  • 负责人:
    明洪亮
  • 依托单位:
国内基金
海外基金