【摘 要】
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超超临界机组主蒸汽管道在超临界水和应力的共同作用下发生应力腐蚀开裂（SCC）,严重影响安全性。因此我国研制出了新型镍基合金C-HRA-2,去除了 γ’相的组成元素Al、Ti,在高温下具有优秀的组织稳定性和持久强度,但还需检验其SCC性能,包括SCC敏感性和裂纹扩展行为。本研究在650℃、25MPa超临界水中对C-HRA-2进行长时腐蚀试验,结合氧化增重和物相分析,分析其耐腐蚀性能和腐蚀产物成分。在
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超超临界机组主蒸汽管道在超临界水和应力的共同作用下发生应力腐蚀开裂（SCC）,严重影响安全性。因此我国研制出了新型镍基合金C-HRA-2,去除了 γ’相的组成元素Al、Ti,在高温下具有优秀的组织稳定性和持久强度,但还需检验其SCC性能,包括SCC敏感性和裂纹扩展行为。本研究在650℃、25MPa超临界水中对C-HRA-2进行长时腐蚀试验,结合氧化增重和物相分析,分析其耐腐蚀性能和腐蚀产物成分。在650℃氮气、常压蒸汽、过热蒸汽和超临界水中对C-HRA-2和传统镍基合金Inconel617进行慢应变速率拉伸试验,结合断裂形貌和力学性能的转变,分析试验环境和合金成分对SCC敏感性的影响。在超临界水中测量C-HRA-2的腐蚀疲劳（CF）和SCC裂纹扩展速率,分析裂纹扩展行为与最大应力强度因子的关系。基于裂纹尖端的电镜观察,探究超临界水中的SCC机理,分析去除γ’相的组成元素Al、Ti对C-HRA-2的SCC性能的影响。腐蚀试验结果表明,C-HRA-2的腐蚀产物以Cr2O3为主,致密氧化膜使其在超临界水中仍具有优秀的耐腐蚀性。慢应变速率拉伸试验结果表明,随环境压强增大,两种镍基合金的强度和延展率降低,断裂方式由韧性向脆性断裂转变,SCC敏感性上升。C-HRA-2的延展率较高且SCC敏感性较低,这是因为其组织结构不含γ’相,且M23C6等析出物的含量较少。析出相会导致合金的断裂韧性下降,削弱SCC性能。CF与SCC试验结果表明,在超临界水中,最大应力强度因子增大会加速CF裂纹扩展,这与交变应力对裂尖钝化层的破坏程度加剧有关。当载荷从交变应力转变为恒应力后,裂纹扩展速率显著下降,裂纹尖端应变场成为裂纹扩展的主导因素。此外,去除Al、Ti的C-HRA-2在超临界水中具有较低的裂纹扩展速率,这是因为Al、Ti的氧化物会在裂纹尖端富集,加速晶界内氧化,使晶界变脆而开裂。最后,C-HRA-2具有较低的SCC敏感性和裂纹扩展速率,因此SCC性能较优秀,SCC机理与应力加速晶界内氧化致沿晶氧化物开裂有关。
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