一种核电换热器用合金无缝管服役寿命评估方法

1.本发明属于核电技术领域，尤其是一种核电换热器用合金无缝管服役寿命评估方法。


背景技术：

2.核能作为一种清洁、高效、可再生的新型能源，在全球范围内得到大力推广与应用。核电换热器是核电站中至关重要的组件之一，用于实现核反应堆产生的热能向工作介质的传递。合金无缝管是核电换热器的核心部件，核电站运行过程中，合金无缝管承受着高温、高压和辐射等恶劣工作环境，容易受到腐蚀、疲劳和应力腐蚀开裂等问题的影响。如果合金无缝管的寿命无法准确预测，可能会导致突发性的故障和泄漏，危及人员和环境的安全。通过对合金无缝管服役寿命的评估，可以及时检测到潜在的问题，并采取必要的修复和更换措施，保障核电站的运行安全；目前，对于核电换热器中使用的合金无缝管的成品检验和寿命预测主要集中在拉伸性能、屈服强度和冲击韧性等短时实验数据方面，或者仅仅片面地参考单一的疲劳和蠕变试验数据。然而，这些传统的评估方法缺乏对合金无缝管在复杂的长期服役环境下的性能评估标准，无法准确评估其在核电站长期运行中的可靠性；因此，亟需提供一种综合考虑多个因素的寿命评估方法来评估合金无缝管服役寿命。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种核电换热器用合金无缝管服役寿命评估方法，该方法提高了合金无缝管服役寿命评估的准确性。
4.本发明是通过以下技术方案实现的：步骤1，对合金无缝管试样进行长期老化处理；步骤2，将长期老化处理后的合金无缝管试样加工成交变载荷蠕变试样；步骤3，对交变载荷蠕变试样进行交变载荷蠕变实验,得到交变载荷蠕变实验数据；所述交变载荷蠕变实验数据为应力与试样断裂时间；所述交变载荷蠕变实验的载荷循环模式为矩形波循环载荷；步骤4，将交变载荷蠕变实验数据代入寿命公式，获得应力与试样断裂时间的拟合曲线；步骤5，对应力与试样断裂时间的拟合曲线进行等温线外推法计算，得出合金无缝管的服役寿命。
5.优选的，所述步骤1中长期老化处理温度为650~750℃。
6.优选的，所述步骤1中长期老化处理时间为5000~10000h。
7.优选的，所述步骤3中交变载荷蠕变实验的实验温度为500~700℃。
8.优选的，所述步骤3中交变载荷蠕变实验的循环载荷应力为200~400mpa。
9.优选的，所述步骤3中交变载荷蠕变实验的循环载荷应变量为0.1~0.2。
10.优选的，所述步骤3中交变载荷蠕变实验的循环载荷应变速率为0.1~1s-1
。
11.优选的，所述步骤3中交变载荷蠕变实验的循环载荷应力松弛时间为200s。
12.优选的，所述步骤4中寿命公式为：lgσ=lgk+mlgt式中，σ为应力，t为试样断裂时间，k和m为材料常数。
13.综上所述，本发明的有益效果是：该评估方法综合考虑了长期老化和交变载荷的因素，对试样进行长期老化处理与交变载荷蠕变实验，并将交变载荷蠕变实验数据代入寿命公式，得出应力与试样断裂时间的拟合曲线，通过等温线外推法计算得出合金无缝管的服役寿命，能够更全面地评估合金无缝管的寿命，结合了实验数据和理论模型，提高了合金无缝管服役寿命评估的准确性。该评估方法对长期老化处理与交变载荷蠕变实验中的参数、交变载荷蠕变实验载荷循环模式进行优化选择，能够更好地适应实际应用需求，提高了该评估方法的可靠性和实用性。
附图说明
14.图1是本发明的交变载荷蠕变试样结构图；图2是本发明的应力与试样断裂时间的拟合曲线图。
具体实施方式
15.在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
16.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
17.实施例1选用材料为gh1059的成品合金无缝管，从成品合金无缝管上取下一截长方体形状的合金无缝管试样，合金无缝管试样尺寸为190mm
×
15mm
×
15mm。
18.（1）将合金无缝管试样置于热处理锅炉中进行长期老化处理，并设定处理温度为650℃、处理时间为5000h；（2）将长期老化处理后的合金无缝管试样加工成如图1所示的交变载荷蠕变试样；（3）将交变载荷蠕变试样装夹在gleeble 3500热力模拟试验机上进行交变载荷蠕变实验，并设定实验温度为600℃、载荷循环模式为矩形波循环载荷、循环载荷应力为250mpa和300mpa、循环载荷应变量为0.12、循环载荷应变速率为1s-1
、循环载荷应力松弛时间为200s，交变载荷蠕变实验结束后，得到应力与试样断裂时间的实验数据；（4）将应力与试样断裂时间的数据代入寿命公式lgσ=lgk+mlgt中，计算得出试样断裂时间为t1=0.2867，t2=0.0885，求得k=205.92，m=-0.0674，得出温度600℃下，试样的寿命公式为lgσ=2.3137-0.0674lgt，得出应力与试样断裂时间的拟合曲线如图2所示；
其中，σ为应力，t为试样断裂时间，k和m为材料常数；（5）将应力与试样断裂时间的拟合曲线进行等温线外推法计算得出，当应力为110mpa时，试样断裂时间为10000h；当应力为130mpa时，试样断裂时间为1000h；当应力为150mpa时，试样断裂时间为100h。
19.综上所述，材料为gh1059成品合金无缝管，经过5000h长期老化处理后，在110mpa的压力下仍可运行10000h。
20.以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。


技术特征：
1.一种核电换热器用合金无缝管服役寿命评估方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，对合金无缝管试样进行长期老化处理；步骤2，将长期老化处理后的合金无缝管试样加工成交变载荷蠕变试样；步骤3，对交变载荷蠕变试样进行交变载荷蠕变实验,得到交变载荷蠕变实验数据；所述交变载荷蠕变实验数据为应力与试样断裂时间；所述交变载荷蠕变实验的载荷循环模式为矩形波循环载荷；步骤4，将交变载荷蠕变实验数据代入寿命公式，获得应力与试样断裂时间的拟合曲线；步骤5，对应力与试样断裂时间的拟合曲线进行等温线外推法计算，得出合金无缝管的服役寿命。2.根据权利要求1所述的一种核电换热器用合金无缝管服役寿命评估方法，其特征在于，所述步骤1中长期老化处理温度为650~750℃。3.根据权利要求1所述的一种核电换热器用合金无缝管服役寿命评估方法，其特征在于，所述步骤1中长期老化处理时间为5000~10000h。4.根据权利要求1所述的一种核电换热器用合金无缝管服役寿命评估方法，其特征在于，所述步骤3中交变载荷蠕变实验的实验温度为500~700℃。5.根据权利要求1所述的一种核电换热器用合金无缝管服役寿命评估方法，其特征在于，所述步骤3中交变载荷蠕变实验的循环载荷应力为200~400mpa。6.根据权利要求1所述的一种核电换热器用合金无缝管服役寿命评估方法，其特征在于，所述步骤3中交变载荷蠕变实验的循环载荷应变量为0.1~0.2。7.根据权利要求1所述的一种核电换热器用合金无缝管服役寿命评估方法，其特征在于，所述步骤3中交变载荷蠕变实验的循环载荷应变速率为0.1~1s-1
。8.根据权利要求1所述的一种核电换热器用合金无缝管服役寿命评估方法，其特征在于，所述步骤3中交变载荷蠕变实验的循环载荷应力松弛时间为200s。9.根据权利要求1所述的一种核电换热器用合金无缝管服役寿命评估方法，其特征在于，所述步骤4中寿命公式为：lgσ=lgk+mlgt式中，σ为应力，t为试样断裂时间，k和m为材料常数。

技术总结
本发明公开了一种核电换热器用合金无缝管服役寿命评估方法，属于核电技术领域，包括以下步骤：步骤1，对合金无缝管试样进行长期老化处理；步骤2，将长期老化处理后的合金无缝管试样加工成交变载荷蠕变试样；步骤3，对交变载荷蠕变试样进行交变载荷蠕变实验,得到交变载荷蠕变实验数据；步骤4，将交变载荷蠕变实验数据代入寿命公式，获得应力与试样断裂时间的拟合曲线；步骤5，对应力与试样断裂时间的拟合曲线进行等温线外推法计算，得出合金无缝管的服役寿命，本评估方法能够更全面地评估合金无缝管的寿命，提高了合金无缝管服役寿命评估的准确性。确性。确性。


技术研发人员：林伟 杨玉艳 周洲 刘庆涛 董晓辉 罗锐
受保护的技术使用者：江苏大学
技术研发日：2023.06.14
技术公布日：2023/9/23