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超临界水冷堆候选包壳管材的低周疲劳性能试验研究

赵宇翔 熊茹 梁波 唐睿

赵宇翔, 熊茹, 梁波, 唐睿. 超临界水冷堆候选包壳管材的低周疲劳性能试验研究[J]. 核动力工程, 2023, 44(5): 237-243. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.05.0237
引用本文: 赵宇翔, 熊茹, 梁波, 唐睿. 超临界水冷堆候选包壳管材的低周疲劳性能试验研究[J]. 核动力工程, 2023, 44(5): 237-243. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.05.0237
Zhao Yuxiang, Xiong Ru, Liang Bo, Tang Rui. Experimental Study on Low-Cycle Fatigue Properties of Supercritical Water-cooled Reactor Candidate Cladding Material[J]. Nuclear Power Engineering, 2023, 44(5): 237-243. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.05.0237
Citation: Zhao Yuxiang, Xiong Ru, Liang Bo, Tang Rui. Experimental Study on Low-Cycle Fatigue Properties of Supercritical Water-cooled Reactor Candidate Cladding Material[J]. Nuclear Power Engineering, 2023, 44(5): 237-243. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.05.0237

超临界水冷堆候选包壳管材的低周疲劳性能试验研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2023.05.0237
基金项目: 国家重点研发计划(2018YFE0116200)
详细信息
    作者简介:

    赵宇翔(1986—),男,副研究员,现主要从事反应堆结构材料研究,E-mail: 49650199@qq.com

  • 中图分类号: TL341

Experimental Study on Low-Cycle Fatigue Properties of Supercritical Water-cooled Reactor Candidate Cladding Material

  • 摘要: 为了获得超临界水冷堆(SCWR)候选包壳材料20Cr-25Ni的低周疲劳性能数据,为SCWR的设计、研发和工程提供技术参考,本文采用MTS809试验机开展了20Cr-25Ni在室温、500℃、650℃、800℃空气环境中的低周疲劳试验,获得了多级循环滞回曲线、循环应力-应变曲线、应力幅与循环分数关系曲线以及循环应力应变模型和低周疲劳Manson-Coffin模型参数。20Cr-25Ni的低周疲劳试验结果表明:随着温度的升高,20Cr-25Ni 不锈钢管材的抗疲劳性能不断下降,在500℃、650℃显示出较明显的循环硬化。因此,在650℃以下该包壳材料具有较好抗疲劳性能,当SCWR堆芯最高温度的设计高于650℃后,使用该材料作为包壳材料需要谨慎。

     

  • 图  1  试样及夹持方式示意图

    Figure  1.  Schematic Diagram of Specimen and Clamping Mode       

    图  2  室温下20Cr-25Ni不锈钢管材的试验结果

    Figure  2.  The Experimental Result of 20Cr-25Ni at Room Temperature

    图  3  500℃下20Cr-25Ni不锈钢管材的试验结果

    Figure  3.  Experimental Result of 20Cr-25Ni at 500℃

    图  4  650℃下20Cr-25Ni不锈钢管材的试验结果

    Figure  4.  Experimental Result of 20Cr-25Ni at 650℃

    图  5  800℃下20Cr-25Ni不锈钢管材的试验结果

    Figure  5.  Experimental Result of 20Cr-25Ni at 800℃

    图  6  20Cr-25Ni不锈钢管材在不同温度下的循环应力-应变曲线

    Figure  6.  Cyclic Stress-strain Curves of 20Cr-25Ni at Different Temperatures

    图  7  20Cr-25Ni不锈钢管材在不同温度下的Δε/2-2Nf疲劳数据       

    Figure  7.  Δε/2-2Nf Data of 20Cr-25Ni at Different Temperatures

    表  1  材料化学成分

    Table  1.   Chemical Composition of Material

    元素 Cr Ni Nb Mn Si C
    质量分数/% 19.9 24.86 0.601 0.31 0.041 0.017
    元素 Ta N P S Fe
    质量分数/% 0.001 0.0124 0.0114 0.0017 54.19
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    表  2  20Cr-25Ni不锈钢管材循环应力应变模型及M-C模型参数      

    Table  2.   Parameters of Cyclic Stress-strain and M-C Models

    温度 循环应力应变模型参数 M-C模型参数
    K n $ {\sigma '_{\text{f}}} $ b $ {\varepsilon '_{\text{f}}} $ c
    室温 628.070 0.110 705.960 −0.084 1.309 −0.671
    500℃ 667.930 0.173 609.991 −0.105 0.538 −0.594
    650℃ 721.980 0.192 541.699 −0.099 0.190 −0.490
    800℃ 378.104 0.114 267.631 −0.044 0.054 −0.379
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-12-05
  • 修回日期:  2023-01-12
  • 刊出日期:  2023-10-13

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