10×10~(19)cm~(-2)快中子辐照国产A508-3钢材料的小冲杆试验研究

小冲杆试验方法以其所需测试样品尺寸小而带来的样品感生放射性小等优势,越来越多地应用于核材料力学性能评价领域。本文设计了一套利用光栅尺直接测量样品变形的小冲杆试验装置,较传统装置精度有明显提高。利用该套装置对注量为10×10~(19) cm~(-2)(E≥1 MeV)快中子辐照的国产A508-3钢材料进行了小冲杆测试研究,探索了针对放射性样品从制备到测试的试验方法,并获得了国产A508-3钢材料的小冲杆屈服特征值、抗拉特征值和韧脆转变温度与标准试验之间的关系式。     

基于小冲杆试验方法的国产A508-3钢辐照后的强度测定

提出了利用辐照前材料小冲杆试验载荷与标准试验强度之间的关系及辐照后小冲杆试验载荷计算辐照后强度的方法,利用该方法测量了中子辐照后国产A508-3钢的强度,发现中子辐照导致了国产A508-3钢的强度升高、塑性降低。利用扫描电镜观测辐照前、后小冲杆试验样品的断口形貌,利用辐照前、后样品的表面形貌的不同解释了辐照硬化现象。最后,讨论了测量的准确度并提出了改进建议。     

基于小冲杆实验方法的国产A508-3钢辐照前后的断裂韧度测定

建立了辐照前国产A508-3钢断裂韧度和小冲杆实验冲压断裂能之间的线性关系,利用该关系和辐照后小冲杆实验冲压断裂能计算得到了辐照后材料的断裂韧度。用Master曲线方法分别处理中子辐照前、后材料的断裂韧度实验数据,得到参考温度t₀。     

基于小冲杆实验方法的国产A508-3钢等效断裂应变测定

在对比分析小冲杆实验测量韧性金属材料等效断裂应变方法的基础上,选择利用Chakrabarty薄膜伸张模型,确定了与实验装置相关的等效断裂应变与小冲杆实验中心位移之间的二次函数关系,利用该函数关系计算了不同温度下国产A508-3钢的等效断裂应变。结果表明,等效断裂应变随温度降低而减小。讨论了等效断裂应变随温度变化的原因     

国产A508-3钢的拉伸性能

A508-3钢是目前世界上最常用的轻水堆核电站反应堆压力容器（RPV）材料。我国在20世纪就开始了对A508—3钢的开发。但目前国产A508—3钢的研制水平仍赶不上核电发展进程。因此，为进一步改进国产A508—3钢的性能，有必要对其进行一系列的力学测试，获得该材料的失效机理。     

国产A508-3钢辐照前后小样品断裂韧性测试分析

国产A508-3钢是反应堆压力容器(RPV)用钢,属于低合金铁素体钢,这类材料具有明显的韧脆转变行为,并且在经受中子辐照后,产生明显的辐照脆化效应,降低材料韧性,增加脆性断裂的风险。为掌握中子辐照对压力容器钢断裂韧性的影响,本文研究并掌握了国产A508-3钢0.5CT样品断裂韧性测试技术,并对辐照前后断裂韧性数进行比较,分析了中子辐照对A508-3钢断裂韧性的影响。     

国产A508-3钢辐照性能

反应堆压力容器（RPV）作为反应堆寿期内不可更换的核心设备,是防止堆芯放射性泄漏的最主要屏障。本文针对国产压力容器材料A508-3钢,开展了一定剂量水平（约10×10¹⁹ cm^-2,E≥1 MeV）的研究堆加速辐照试验,并进行了辐照后力学性能测试分析,包括拉伸性能和冲击性能测试。结果显示,辐照后在-100、20、288 ℃下,A508-3钢的屈服强度分别增加了83、108、52 MPa,抗拉强度分别增加了58、61、49 MPa,韧脆转变温度T_41J增加了68 ℃,上平台能量降低了61 J。A508-3钢辐照前后性能测试结果表明,在中子辐照至60 a寿期后,A508-3钢仍能满足反应堆使用要求。     

国产A508-Ⅲ钢辐照后的室温低周疲劳性能

以0.5%/s的应变速率,在室温空气中采用轴向应变控制方式测试了国产A508-Ⅲ钢辐照后的疲劳性能.测试结果表明,国产A508-Ⅲ钢在疲劳试验初始阶段出现应变硬化,随后保持应变软化趋势直到失效.推算出了总应变范围与疲劳寿命关系,并以Manson-Coffin方程的形式给出.对比了辐照与未辐照的国产A508-Ⅲ钢的疲劳试验结果,估算出经3.5×1019cm-2辐照后该材料的疲劳寿命大约是未辐照的2/3.     

适用于放射性样品的小冲杆试验装置

<正>由于小冲杆试验样品较小,很难通过在热室中使用机械手操作完成试验。为了对放射性样品进行小冲杆试验,设计了1套针对放射性试样的小冲杆试验装置,以减少操作人员的受照剂量。试验装置示意图如图1所示。试验前,将顶丝旋紧固定住冲杆,将球漏斗置于下夹模上表面,用球勺(前段有φ1mm×1mm小孔)取出φ1mm陶瓷球并放入球漏斗中,陶瓷球即可落入下夹模     

载荷分离法对国产A508-Ⅲ钢断裂韧性的适用性测试

利用载荷分离规则化方法对国产A508-Ⅲ钢1/2T-FFCT试样的断裂韧性进行了测试,得到了国产A508-Ⅲ钢的J-R阻力曲线及断裂韧性JQ值,并采用ASTM E1820及GB/T21143标准对结果进行了判定;同时对其中一个辐照后参考转变温度(T_0)测试的断裂韧性数据采用规则化法进行了处理,研究了载荷分离法对国产A508-Ⅲ钢的断裂韧性测试的适用性。     

Beremin模型预测尺寸效应对A508-3钢断裂韧性的影响

断裂韧性是用于表征反应堆压力容器（RPV）钢脆性状态的重要指标。在开展相关研究时,由于辐照空间小等原因,一般采用小尺寸紧凑拉伸（CT）试样。为掌握CT试样尺寸变化对国产RPV钢断裂韧性测试结果的影响,对国产A508-3钢的不同尺寸CT试样进行了测试分析,采用Beremin模型方法研究了尺寸效应对断裂韧性数据的影响,并建立了不同尺寸CT试样的断裂韧性数据归一化模型（TSM）。结果表明,同一温度下实验测得的断裂韧性值随试样尺寸的减小逐渐增大,不同样品通过标准方法得到的归一化数据存在偏差,本文建立的TSM可有效减小换算数据偏差。     

基于微试样液压爆破法测试核压力容器用钢力学性能

微试样液压爆破法是一种可用于测试核压力容器辐照监督试样的微试样测试技术,该技术借鉴爆破片工作原理,对圆形薄片试样进行液压加压,使薄片鼓胀并爆破,在试验过程中记录载荷-圆薄片中心点位移曲线,通过曲线上的特征载荷以及试样变形关联材料常规拉伸性能。通过比较不同的近似解析法得到了适合于该型微试样试验技术的屈服强度、抗拉强度的计算方法,在上述研究的基础上对核电常用材料国产A508进行了液压爆破试验,得到了材料的强度特性,与常规单轴拉伸数据高度吻合。     

Assessment of the constitutive properties from small ball punch test: experiment and modeling

An assessment of the true stress-true strain relationship has been done by means of tensile and small ball punch tests on austenitic and tempered martensitic steel at room temperature. A finite element model was developed and validated to calculate the force-deflection curve obtained from the ball punch experiment. The effects of the specimen thickness and material properties on the overall shape of the ball punch test curve are discussed. The constitutive behavior assigned to the specimen for the calculations was determined from the tensile test but we showed that assumptions have to be done to extend it to large strains as those arising during the punch tests. Using an inverse methodology, it was possible to show that a linear strain-hardening stage takes place at large strains. The potential for evaluating the evolution of the strain-hardening capacity after irradiation is outlined.     

Assessment of toughness in long term service CrMo low alloy steel by fracture toughness and small punch test

Small punch test (SPT) is a miniature sample test technique which can evaluate in-service material properties with an almost non-destructive method. In this paper, the 2.25Cr1Mo steel samples serviced for 10 years in hydrogenation reactor (with temper embrittlement), 1.25Cr0.5Mo supper-pressure vapor pipe serviced for 14 years at 520 °C and several other low alloy steels have been studied by J_IC fracture toughness and SPT. The linear relationship between the small punch (SP) equivalent fracture strain and the fracture toughness of J_IC was created. The correlations applied to the experimental data indicated advantages of using SPT for the determining fracture toughness of in-serviced low alloy steels. Additionally, size affects the fracture pattern. Small punch samples of small size show dimple fractures whereas large fracture toughness samples show quasi-cleavage fractures.     

国产反应堆压力容器的辐照脆化行为及预测

反应堆压力容器（RPV）是保障核电站运行安全性、经济性的核心构件。对RPV的完整性评估而言辐照脆化是必须面对的问题。我国已开发了第三代设计寿命为60 a的核电站。当达到寿期末时,辐照脆化的行为是未知的,这给国产RPV的辐照脆化预测带来了困难。为研究高注量下的辐照脆化行为,对A508-3钢的材料力学性能试样进行辐照考验,辐照温度为(288±8) ℃,中子注量水平达到反应堆压力容器60 a寿期末的辐照水平1×10²⁰ cm^-2;开展拉伸、冲击和断裂韧性试验,分析辐照脆化行为,在EONY模型基础上,提出针对国产RPV钢的改进的辐照脆化模型。模型的有效性被试验数据证实,其可准确预测国内A508-3材料的辐照脆化趋势。     

Liquid metal embrittlement of T91 martensitic steel evidenced by small punch test

In this work, the sensitivity of liquid metal embrittlement of the T91 martensitic steel is investigated with the small punch test (SPT). The material was studied in three tempering conditions (as quenched, tempered at 500 and 750 °C), at 300 °C in air and in the liquid lead bismuth eutectic (LBE). The load–displacement curves (four stages, low maximum force and large displacement to fracture) obtained for one test condition of the 750 °C tempered material is in general very different from those of the two other materials. An effect of LBE has been observed for the as quenched and 500 °C tempered steels. For these materials, the curves tend to be linear with a reduced displacement to fracture suggesting a brittle behavior. This ductile to brittle transition induced by liquid metal has been confirmed from the fracture surface analysis where cleavage was observed. In comparison with conventional tensile tests, small punch tests appear to be more sensitive to evidence liquid metal embrittlement.     

国产A508-3钢的低周疲劳性能研究

结合承担的973课题,系统开展了国产A508-3钢的低周疲劳性能研究。其目的是通过低周疲劳性能测试、显微硬度计算、断口形貌观察以及微观结构分析,获得材料的疲劳性能数据,评价国产A508-3钢的疲劳性能,并为下一步辐照性能的研究提供数据基础。研究结果表明,国产A508-3钢的低周疲劳性能符合ASME的设计规范,具有循环软化的特征。