2021年, 第38卷, 第12期　
刊出日期：2021-12-30

  

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试验研究
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  国产与进口Incoloy 800HT镍铬铁合金的高温性能对比

  陈刚, 江涛, 钟继如, 章骁程, 关凯书

  压力容器. 2021, 38(12): 1-6,14. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2021.12.001

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  为实现苯乙烯过热蒸汽高温管道用Incoloy 800HT合金国产化，验证国产Incoloy 800HT合金性能特点，进行了国产与进口Incoloy 800HT镍铬铁合金的对比研究。通过金相显微镜、显微维氏硬度、高温拉伸试验、持久试验等方法，对比分析了两者显微组织和高温性能的差异。结果表明，进口材料与国产材料均为奥氏体组织，进口材料包含大量孪晶界；国产材料孪晶比例低，同时析出相沿轧制方向呈带状分布；两种材料的硬度水平相近。高温性能测试显示，进口材料的高温拉伸强度要优于国产材料。国产材料的持久强度相比进口材料偏低，但考虑到低载荷下持久强度高于API 530要求，故国产材料基本满足使用要求。
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  核用460 MPa级高强钢焊条熔敷金属强韧化机理研究

  左月, 康举, 安同邦, 马成勇, 王启冰, 张华, 蔡晓君

  压力容器. 2021, 38(12): 7-14. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2021.12.002

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  针对460 MPa级核用低合金高强支承结构钢焊接需求，设计了3种不同成分配比的焊条，并进行了熔敷金属焊接试验。采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱(EDS)、拉伸、冲击等试验方法，研究了w(Mn)/w(Ni)和w(Mn)/w(Si)对熔敷金属组织和性能变化的影响规律。结果表明：熔敷金属中w(Mn)/w(Ni)和w(Mn)/w(Si)过高或过低都会对其强韧性产生不利影响。当w(Mn)/w(Ni)和w(Mn)/w(Si)分别控制在0.84和3.76左右时，熔敷金属强韧性匹配最佳，屈服强度和抗拉强度分别为581 MPa和635 MPa，-30 ℃下的冲击吸收能量为128 J，其组织为39%针状铁素体+34%准多边形铁素体+27%(先共析铁素体+侧板条铁素体)。
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  钛钢爆炸焊接结合界面组织及力学性能不均匀性研究

  杨文月, 孙倩, 李冰, 张罡

  压力容器. 2021, 38(12): 15-21. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2021.12.003

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  针对爆炸焊接钛钢复合板，通过金相显微镜(OM)、电子显微镜(SEM/EDS)、超微载荷硬度仪、纳米压痕仪、电液伺服万能试验机等表征手段，研究复合板结合界面的层次、结构、硬度、弹性模量的不均匀性以及对平行和垂直爆轰方向含结合界面复合板试样的拉伸性能。结果表明，结合界面由钛覆板过渡到钢基板的层次分别为覆板侧组织变形区、局部熔化区和基板侧等轴细晶区、条状纤维区及扭转区构成。结合界面不均匀的组织结构造成硬度和弹性模量不均匀，漩涡处局部熔化区硬度最高(11.73 GPa)；复合板抗拉强度介于基覆板之间，横向抗拉强度(578 GPa)优于纵向(472 GPa)，钛钢复合板拉伸性能具有各向异性。
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  焊态奥氏体不锈钢在含氯酸性水中的应力腐蚀开裂敏感性研究

  包振宇, 段永锋, 李朝法

  压力容器. 2021, 38(12): 22-27,34. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2021.12.004

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  为探索焊态奥氏体不锈钢在酸性水中的适用性，采用慢应变速率拉伸试验，模拟考察了现场工况：60 ℃，H₂S和CO₂分压分别为1.2 MPa和0.8 MPa的含氯酸性水中，焊态304L和焊态316L产生应力腐蚀开裂(SCC)敏感性的Cl^-阈值。结果表明，两种焊态金属在不含氯的酸性水中均具有SCC敏感性；焊态304L在不含氯的酸性水中发生脆断；焊态316L在5 000 μg/g Cl^-的酸性水中呈现准解理特征；随着Cl^-浓度的升高，两种焊态金属的SCC敏感性明显增强。因此，原料天然气管线及过滤设备不推荐使用焊态304L，当使用焊态316L时，应提前对原料天然气进行分液，尽量减少酸性水的夹带。
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  T91/TP347H异种钢焊接接头高温拉伸性能及本构模型

  刘川槐, 沈利, 曹宇, 陆一帆, 潘卫国, 纪冬梅

  压力容器. 2021, 38(12): 28-34. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2021.12.005

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  以原始状态和服役10⁵ h的T91/TP347H异种钢焊接接头为研究对象，开展580 ℃下不同加载速率的高温拉伸试验，基于试验结果，认为该接头对加载速率的敏感性高于母材，其力学性能受TP347H母材的影响更大；同时发现T91钢服役后的屈服极限和弹性模量均高于原始状态；建立了T91/TP347H异种钢焊接接头及母材的Ramberg-osgood模型，为工程应用提供理论支撑。
设计计算
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  内爆炸下管道裂纹渐进式动态扩展机制研究

  杜洋, 郑津洋, 马利

  压力容器. 2021, 38(12): 35-43. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2021.12.006

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  现有研究表明内爆炸下管道裂纹呈现渐进/周期式扩展特征，但具体机制与内在规律尚不明晰。基于耦合损伤演化的热黏塑性本构模型、简化气体爆轰模拟算法以及改进的流固耦合算法，构建了内爆炸下管道裂纹动态扩展分析模型，较好复现了试验中典型裂纹扩展行为与管道断裂形貌。在此基础上，深入探究了管道应力波传播、管道径向振动与裂纹动态扩展间的互作关系，在微秒尺度上解析了裂纹渐进扩展速率与历程。研究阐明了内爆炸下管道裂纹渐进式扩展实际上是管道轴向传播弯曲波与裂纹尖端相互作用的物理机制，给出了裂纹渐进扩展频率的理论计算公式，进而研究揭示了内爆载荷速率与裂纹渐进扩展长度间的内禀定量关系。研究结果增进了对裂纹动态扩展的认识，并可为管道爆炸事故分析中爆炸强度与类型的推演提供新方法。
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  基于延性耗竭模型的边缘型穿透多裂纹干涉与合并分析

  齐磊, 张学伟, 温建锋

  压力容器. 2021, 38(12): 44-52,83. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2021.12.007

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  基于延性耗竭理论并结合有限元技术，建立延性损伤分析方法，预测了含两个边缘穿透裂纹平板试样的最大载荷及裂纹合并情况，并将预测结果与试验数据进行对比。结果表明，断裂应变轨迹关系和几何模型应力状态假设对预测结果具有显著影响。当采用非单调断裂应变轨迹关系和三维几何模型进行模拟时，预测的最大载荷及裂纹合并情况与试验结果吻合最好。所建立的方法为工程构件的多裂纹干涉与合并分析提供了有效途径。
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  直接安注接管与筒体连接区表面裂纹J积分数值计算

  赵延义, 王泽武, 范海贵, 刘培启

  压力容器. 2021, 38(12): 53-61. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2021.12.008

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  核岛主系统发生严重失水事故后，需要启动非能动安全注入系统注水以快速冷却堆芯，但过大的热冲击载荷易引起直接安注(DVI)接管发生快速断裂。基于RCC-M ZG3210规定，在反应堆压力容器(RPV)筒体和DVI接管连接区构建了半椭圆形表面裂纹；开发了热力耦合作用下表面裂纹弹塑性断裂J积分的数值计算模型，并进行了验证分析和裂纹强度评定；探究了温差、裂纹深长比和双裂纹交互作用对J积分的影响规律。该研究成果不仅可用于评定核岛内DVI接管表面裂纹的安全性以及抗快速断裂能力，也可用于其他承压结构在热力耦合作用下表面裂纹弹塑性J积分计算分析。
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  考虑蠕变作用的2.25Cr-1Mo-V钢加氢反应器设计方法

  万里平, 李宇

  压力容器. 2021, 38(12): 62-69. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2021.12.009

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  以某台2.25Cr-1Mo-V钢加氢反应器为例，从工程角度介绍现行设计方法与ASME Code Case 2605-3在反应器设计中的应用，说明过去留有一定余量的设计是设备安全运行的原因之一。探讨了压力和温度载荷对蠕变参数的影响，其中压力对三轴度系数影响较大，而温度对蠕变松弛影响显著。最后提出在业主非强制要求进行完整分析的前提下，ASME Code Case 2605-3在工程上的简化应用。
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  “华龙一号”蒸汽发生器传热管失水事故应力响应分析

  卢喜丰, 熊夫睿, 刘文进, 艾红雷

  压力容器. 2021, 38(12): 70-76. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2021.12.010

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  对蒸汽发生器传热管的失水事故(LOCA)压力波进行了时域和频域分析，得出了不同弯曲半径蒸汽发生器传热管LOCA压力波的频域和时域特性。推导了LOCA水力载荷在传热管U形管段的等效作用关系式，并计算得到各弯曲半径下传热管的LOCA水力载荷值。对蒸汽发生器传热管进行了模态分析，选取8根主要参与质量相关固有频率与水力载荷在频域曲线峰值所对应的频率最接近的传热管作为分析对象，进行LOCA动力响应分析。通过分别建立第1, 31, 43, 57, 72, 83, 87，112排传热管有限元模型，进行LOCA载荷时程分析，计算得到了传热管在LOCA载荷下的应力分布。
检验与维护
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  储罐底板缺陷补焊维修后的漏磁场特征研究

  杨志军, 孙晗, 曹怀情, 杨江, 高月辉, 张志来

  压力容器. 2021, 38(12): 77-83. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2021.12.011

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  石油化工行业中，储罐底板的腐蚀缺陷时有发生，可采用补焊的方式进行维修。但在实际的漏磁检测过程中，发现补焊后的缺陷仍会产生漏磁信号，进而影响检测人员对储罐底板腐蚀情况的判断。对缺陷不同补焊表面情况以及不同补焊深度进行研究，建立了缺陷补焊维修后漏磁场三维有限元模型，得到了不同补焊表面情况以及不同补焊深度下缺陷处的漏磁场空间分布特性。在实验室条件下进行了缺陷补焊后漏磁检测试验。理论分析和试验结果表明：缺陷漏磁场大小会随着补焊深度的增加而减小；存在余高的情况下漏磁场波形图与普通缺陷漏磁场波形图趋势相反；将缺陷全部补满且表面打磨平整的情况下，可探测到的漏磁信号最小。本研究为储罐底板漏磁检测真伪缺陷判断以及储罐的补焊维修提供了参考依据。