焊接残余应力对316LN不锈钢应力腐蚀裂纹扩展速率的影响.pdf

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1、第５１卷第４期原子能科学技术Ｖｏｌ．５１，Ｎｏ．４２０１７年４月ＡｔｏｍｉｃＥｎｅｒｇｙＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＡｐｒ．２０１７焊接残余应力对３１６ＬＮ不锈钢应力腐蚀裂纹扩展速率的影响杜东海，赖平，陈凯，张乐福＊（上海交通大学核科学与工程学院，上海２００２４０）摘要：核电站不锈钢管道焊接过程中引入的残余应力对焊接接头的应力腐蚀开裂性能有较大影响。本文针对一ＡＰ１０００主管道３１６ＬＮ不锈钢焊接模拟件进行残余应力分析和应力腐蚀裂纹扩展速率测量，得到了焊后原始状态和去应力热处理状态的焊接热影响区材料在高温高压水中的应力腐蚀裂纹扩展速率

2、。实验结果表明，焊接残余应力明显提高了热影响区的应力腐蚀裂纹扩展速率，且在含氢的压水堆一回路正常水化学下焊接残余应力的影响更加显著。关键词：３１６ＬＮ不锈钢；残余应力；应力腐蚀；裂纹扩展速率中图分类号：ＴＬ３４１文献标志码：Ａ文章编号：１０００－６９３１（２０１７）０４－０７２１－０６ｄｏｉ：１０．７５３８／ｙｚｋ．２０１７．５１．０４．０７２１ＥｆｆｅｃｔｏｆＷｅｌｄｉｎｇＲｅｓｉｄｕａｌＳｔｒｅｓｓｏｎＳｔｒｅｓｓＣｏｒｒｏｓｉｏｎＣｒａｃｋＧｒｏｗｔｈＲａｔｅｏｆ３１６ＬＮＳｔａｉｎｌｅｓｓＳｔｅｅｌ＊ＤＵＤｏｎｇ－ｈａｉ，ＬＡＩＰｉｎｇ，

3、ＣＨＥＮＫａｉ，ＺＨＡＮＧＬｅ－ｆｕ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＮｕｃｌｅａｒＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈａｎｇｈａｉＪｉａｏＴｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２００２４０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｈｉｇｈｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄａｔｔｈｅｗｅｌｄｉｎｇｊｏｉｎｔｃａｎａｆｆｅｃｔｔｈｅｓｔｒｅｓｓｃｏｒ－ｒｏｓｉｏｎｃｒａｃｋｉｎｇ（ＳＣＣ）ｐｒｏｐｅｒｔｙｒｅｍａｒｋａｂｌｙ．ＴｈｅＳＣＣｇｒｏｗｔｈｒａｔｅｓｏｆｓｐｅｃｉｍｅｎｓｐｒｅ－ｐａｒｅｄｆｒｏｍａ３１６ＬＮｓｔａｉｎｌｅｓｓｓｔ

4、ｅｅｌＡＰ１０００ｐｒｉｍａｒｙｐｉｐｅｗｅｌｄｉｎｇｍｏｃｋｕｐｗｅｒｅｍｅａｓｕｒｅｄｉｎｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｈｉｇｈｐｒｅｓｓｕｒｅｗａｔｅｒ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｂｔａｉｎｅｄｆｒｏｍｈｅａｔａｆｆｅｃｔｅｄｚｏｎｅ（ＨＡＺ）ｏｆｔｈｅｓｐｅｃｉｍｅｎｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｗｅｌｄｉｎｇｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓｈａｓｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｅｆｆｅｃｔｓｏｎａｃｃｅｌｅｒａｔｉｎｇｃｒａｃｋｇｒｏｗｔｈｒａｔｅ，ａｎｄｔｈｅｓｔｒｅｓｓ－ｒｅｌｉｅｖｅｄｓｐｅｃｉｍｅｎｈａｓｌｏｗｅｒｃｒａｃｋｇｒｏｗｔｈｒａｔｅｔ

5、ｈａｎｔｈｅａｆｔｅｒ－ｗｅｌｄｉｎｇｓｐｅｃｉｍｅｎ．ＴｈｅａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎｏｆｃｒａｃｋｇｒｏｗｔｈｒａｔｅｂｙｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓｓｅｅｍｓｔｏｂｅｇｒｅａｔｅｒｉｎｎｏｒｍａｌｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｅｄＰＷＲｗａｔｅｒｃｈｅｍｉｓｔｒｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：３１６ＬＮｓｔａｉｎｌｅｓｓｓｔｅｅｌ；ｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓ；ｓｔｒｅｓｓｃｏｒｒｏｓｉｏｎ；ｃｒａｃｋｇｒｏｗｔｈｒａｔｅ压水堆核电站的一回路主设备为高温承压一回路主管道一般选用３０４或３１６类型的奥氏设备，其尺寸大、设计寿命长、安全性要求高。体不锈钢离心铸件或锻

6、件，主管道与其他设备收稿日期：２０１６－０６－０２；修回日期：２０１６－０９－０２基金项目：大型先进压水堆核电站国家科技重大专项资助项目（２０１１ＺＸ０６００４－００９－０６０１）作者简介：杜东海（１９８７—），男，山东菏泽人，硕士研究生，核能科学与工程专业＊通信作者：张乐福，Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｆｚｈａｎｇ＠ｓｊｔｕ．ｅｄｕ．ｃｎ７２２原子能科学技术第５１卷部件之间的连接均采用焊接方法。需在核电站现场焊接的主焊缝包括主管道与压力容器管嘴安全端、蒸汽发生器管嘴安全端、稳压器管嘴安全端之间，主管道各管段之间、与主泵壳体之间以及与核辅助管道之间。这些焊缝

7、均属于同种材料多层多道焊缝，在现场条件下可能因无法图２３１６ＬＮ焊接接头金相组织进行热处理而残留较高的残余应力及残余应Ｆｉｇ．２Ｍｅｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃｓｔｒｕｃｔｕｒｅ［１］变。核电站运行经验和前人研究结果均表ｏｆ３１６ＬＮｓｔａｉｎｌｅｓｓｓｔｅｅｌｗｅｌｄｉｎｇｊｏｉｎｔ明，焊接残余应力或残余应变使焊接接头处容［２－５］易发生开裂失效。１．２焊接接头性能表征我国正在建设的ＡＰ１０００核电机组一回因母材中Ｃ的含量偏高，所以在焊接热影［６］路管道采用锻造成型的３１６ＬＮ不锈钢，为响区有发生敏化的风险。为检测热影响区是否了解焊接残余应力对其应

8、力腐蚀的影响规发生敏化，对热影响区取样进行了电化学动电律，本文针对一主管道现场焊接工艺模拟件，位再活化（ＥＰＲ）实验，ＥＲＰ扫描曲线示于