高级检索

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

电磁耦合能场对690合金导热性能和力学性能的影响

朱勇辉 付帅 陈浩瀚 黄坤兰

朱勇辉, 付帅, 陈浩瀚, 黄坤兰. 电磁耦合能场对690合金导热性能和力学性能的影响[J]. 核动力工程, 2025, 46(3): 137-146. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.060022
引用本文: 朱勇辉, 付帅, 陈浩瀚, 黄坤兰. 电磁耦合能场对690合金导热性能和力学性能的影响[J]. 核动力工程, 2025, 46(3): 137-146. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.060022
Zhu Yonghui, Fu Shuai, Chen Haohan, Huang Kunlan. Effect of Coupled Electromagnetic Treatment on the Thermal and Mechanical Properties of Alloy 690[J]. Nuclear Power Engineering, 2025, 46(3): 137-146. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.060022
Citation: Zhu Yonghui, Fu Shuai, Chen Haohan, Huang Kunlan. Effect of Coupled Electromagnetic Treatment on the Thermal and Mechanical Properties of Alloy 690[J]. Nuclear Power Engineering, 2025, 46(3): 137-146. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.060022

电磁耦合能场对690合金导热性能和力学性能的影响

doi: 10.13832/j.jnpe.2024.060022
详细信息
    作者简介:

    朱勇辉(1985—),男,研究员级高级工程师,现主要从事先进核能技术方面的研究,E-mail: 383164381@qq.com

  • 中图分类号: TL341

Effect of Coupled Electromagnetic Treatment on the Thermal and Mechanical Properties of Alloy 690

  • 摘要: 针对690合金传热管换热效率难以达到设计值的难题,基于仿真与实验相结合的方法,采用电磁耦合处理工艺,通过施加不同参数的电场和磁场对690合金传热管开展导热性能和力学性能的研究。结果表明,当施加的电磁场参数为1.5 V-1.5 T时,690合金传热管的导热系数提升19.6%,抗拉强度和维氏硬度也分别提升6.8%和4.3%;仿真计算的热应力比修正后的Peierls应力大一个数量级,表明电磁耦合处理能够有效驱动690合金内部位错移动;经能谱分析,电磁耦合能场能够促进晶间碳化物(M23C6)的析出,从而实现690合金传热管导热系数的提升。本工作充分验证了电磁耦合处理工艺提升690合金传热管导热性能的可行性,可以有效提高690合金传热管的换热效率。

     

  • 图  1  电磁耦合处理仿真几何建模

    Figure  1.  Coupled Electromagnetic Treatment Simulation Geometry Modeling

    图  2  电磁耦合处理边界条件设置

    Figure  2.  Coupled Electromagnetic Treatment Boundary Condition Settings

    图  3  电磁耦合处理示意图

    Figure  3.  Schematic Diagram of Coupled Electromagnetic Treatment

    图  4  电磁耦合处理过程中690合金传热管的热应变

    Figure  4.  Thermal Strain of Alloy 690 Heat Transfer Tube during Coupled Electromagnetic Treatment

    图  5  690合金传热管在0.24~0.26 s的应力状态转换

    Figure  5.  Stress State Transition of Alloy 690 Heat Transfer Tube during 0.24~0.26 s

    图  6  690合金传热管在t=1.0 s时内壁、外壁和中层处的应力对比

    Figure  6.  Comparison of Stress at the Inner Wall, Outer Wall and Middle Layer of Alloy 690 Heat Transfer Tube at t=1.0 s

    图  7  不同工艺参数对690合金导热系数的影响

    Figure  7.  Effect of Different Parameters on the Thermal Conductivity of Alloy 690

    图  8  不同工艺参数对690合金抗拉强度的影响

    Figure  8.  Effect of Different Parameters on the Tensile Strength of Alloy 690

    图  9  不同工艺参数对690合金硬度的影响

    Figure  9.  Effect of Different Parameters on the Hardness of Alloy 690

    图  10  690合金电磁耦合处理前后微观组织及成分变化

    Figure  10.  Changes in the Microstructure and Composition of Alloy 690 before and after Coupled Electromagnetic Treatment

    图  11  690合金电磁耦合处理前后的KAM变化

    Figure  11.  Changes in KAM of Alloy 690 before and after Coupled Electromagnetic Treatment

    表  1  690合金的物理参数

    Table  1.   Physical Parameters of Alloy 690

    物理参数参数值
    密度/(g·cm−3)8.19
    比热容/(J$ · $kg−1$ · $K−1)471
    拉伸强度/MPa≥586
    屈服强度/MPa276~345
    弹性模量/GPa211
    泊松比0.289
    电阻率/(10−8·Ω·m)(100℃)116
    导热系数/(W·m−1·K−1)(100℃)13.5
    磁导率/(H·m−1)(200 Oe)1.001
    融化温度范围/℃1343~1377
    下载: 导出CSV

    表  2  690合金化学成分

    Table  2.   Chemical Composition of Alloy 690

    元素 Cr Fe Cu C Co Ti Al Mn Si P S Ni
    质量
    分数/%
    29.78 9.80 0.11 0.02 0.04 0.20 0.20 0.20 0.05 0.01 0.01 其余
    下载: 导出CSV

    表  3  电磁耦合处理690合金工艺参数

    Table  3.   Coupled Electromagnetic Treatment Parameters for Alloy 690

    实验编号#1#2#3#4#5#6#7#8#9#10#11
    电场强度/V01.51.51.51.51.500.51.02.02.5
    磁场强度/T000.51.01.52.01.51.51.51.51.5
    下载: 导出CSV
  • [1] 张璎. 核电站工作原理及发展趋势[J]. 装备机械,2010(4): 2-7.
    [2] 宋志刚. 中国压水堆蒸汽发生器传热管的研究及国产化[J]. 钢铁研究学报,2013, 25(8): 1-5.
    [3] 郭建亭. 高温合金在能源工业领域中的应用现状与发展[J]. 金属学报,2010, 46(5): 513-527.
    [4] 朱海涛,吴青松,秦伟健,等. 690合金传热管内外壁“细晶”组织的成因及控制[J]. 钢管,2014, 43(6): 14-17. doi: 10.3969/j.issn.1001-2311.2014.06.004
    [5] 杨亮,董建新,何智勇,等. 690合金管冷轧及退火处理过程中的组织演变[J]. 材料热处理学报,2011, 32(12): 98-104.
    [6] ZHANG Q W, HUANG K L, WANG J, et al. Effect of pulse electromagnetic coupling treatment on thermal conductivity of WC-8Co cemented carbide[J]. Ceramics International, 2021, 47(16): 22683-22692.
    [7] SUN K E, ZENG B, QIN Y, et al. An electromagnetic coupling treatment for improving the cutting performance of cemented carbide-coated tools[J]. Journal of Asian Ceramic Societies, 2023, 11(4): 504-516.
    [8] ZHANG Q W, WANG X T, QIN Y, et al. Improving thermal conductivity of a nickel-based alloy through advanced electromagnetic coupling treatment[J]. Journal of Materials Research and Technology, 2022, 21: 4708-4723.
    [9] ASHI L, XIE Z Q, SUN H F, et al. Effect of electromagnetic coupling treatment on the residual stress relief and mechanical properties of 7050 aluminum alloy[J]. Journal of Materials Science, 2023, 58(29): 12097-12117.
    [10] ASTM International. Standard Test Method for Thermal Diffusivity by the Flash Method:ASTM E1461-13[S]. West Conshohocken: ASTM International. 2013: 1-11.
    [11] 全国钢标准化技术委员会. 金属材料 拉伸试验 第1部分:室温试验方法: GB/T 228.1-2021[S]. 北京: 中国标准出版社, 2021: 53-55.

    全国钢标准化技术委员会. 金属材料 拉伸试验 第1部分:室温试验方法: GB/T 228.1-2021[S]. 北京: 中国标准出版社, 2021: 53-55.
    [12] 袁家伟. 高导热Mg-Zn-Mn合金及其性能研究[D]. 北京: 北京有色金属研究总院,2013.
    [13] NABARRO F R N. Dislocations in a simple cubic lattice[J]. Proceedings of the Physical Society, 1947, 59(2): 256-272.
    [14] LU G, KIOUSSIS N, BULATOV V V, et al. Generalized-stacking-fault energy surface and dislocation properties of aluminum[J]. Philosophical Magazine Letters, 2000, 62(5): 3099-3108.
    [15] LU G, KIOUSSIS N, BULATOV V V, et al. The Peierls-Nabarro model revisited[J]. Philosophical Magazine Letters, 2000, 80(10): 675-682.
    [16] SONG H C, GAO H J, WU Q, et al. Effects of segmented thermal-vibration stress relief process on residual stresses, mechanical properties and microstructures of large 2219 Al alloy rings[J]. Journal of Alloys and Compounds, 2021, 886: 161269.
    [17] HOU M D, LI K J, LI X G, et al. Effects of pulsed magnetic fields of different intensities on dislocation density, residual stress, and hardness of Cr4Mo4V steel[J]. Crystals, 2020, 10(2): 115.
    [18] XIONG H Q, ZHOU Y X, YANG P, et al. Effects of cryorolling, room temperature rolling and aging treatment on mechanical and corrosion properties of 7050 aluminum alloy[J]. Materials Science and Engineering: A, 2022, 853: 143764.
    [19] 赵海燕,王娟,宋志刚. 690合金晶粒尺寸控制影响因素研究[J]. 特钢技术,2020, 26(1): 15-21.
    [20] CHEN J K, HUNG H Y, WANG C F, et al. Effects of casting and heat treatment processes on the thermal conductivity of an Al-Si-Cu-Fe-Zn alloy[J]. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2017, 105: 189-195. doi: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2016.09.090
    [21] PAYANDEH M, SJÖLANDER E, JARFORS A E W, et al. Influence of microstructure and heat treatment on thermal conductivity of rheocast and liquid die cast Al-6Si-2Cu-Zn alloy[J]. International Journal of Cast Metals Research, 2016, 29(4): 202-213. doi: 10.1080/13640461.2015.1125990
    [22] 夏爽. 690合金中晶界特征分布及其演化机理的研究[D]. 上海: 上海大学,2008.
    [23] 夏爽,周邦新,陈文觉. 690合金的晶界特征分布及其对晶间腐蚀的影响[J]. 电子显微学报,2008, 27(6): 461-468. doi: 10.3969/j.issn.1000-6281.2008.06.008
    [24] 邱成军,王元化,王义杰. 材料物理性能[M]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学出版社,2003: 278.
    [25] PEET M J, HASAN H S, BHADESHIA H K D H. Prediction of thermal conductivity of steel[J]. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2011, 54(11-12): 2602-2608. doi: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2011.01.025
    [26] SIMMONS J C, CHEN X B, AZIZI A, et al. Influence of processing and microstructure on the local and bulk thermal conductivity of selective laser melted 316L stainless steel[J]. Additive Manufacturing, 2020, 32: 100996. doi: 10.1016/j.addma.2019.100996
  • 加载中
图(11) / 表(3)
计量
  • 文章访问数:  13
  • HTML全文浏览量:  11
  • PDF下载量:  2
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2024-06-18
  • 修回日期:  2024-08-31
  • 网络出版日期:  2025-06-09
  • 刊出日期:  2025-06-09

目录

    /

    返回文章
    返回