核电厂金属材料高温高压水中切向微动磨损试验方法起草人

韩恩厚、王俭秋、明洪亮、柳星辰、张志明，钱浩，孙磊，高李霞，唐力晨，梅金娜，韩姚磊。

中国科学院金属研究所，中国核动力研究设计院，上海核工程研究设计院有限公司，苏州热工研究院有限公司。

本标准规定了核电厂用金属材料在高温高压水中切向微动磨损的试验方法。 本标准适用于评价核电厂用金属材料在360℃以下水介质中的抗微动磨损性能。

在本标准编写过程中，参考了国家标准《GB/T 12444.1-1990金属材料磨损试验方法 MM型磨损试验》和《GB/T 12444-2006 金属材料磨损试验方法试环-试块滑动磨损试验》以及ASTM标准《ASTM G40-02 Standard Terminology Relating to Wear and Erosion》、《ASTM D4170-97 Standard Test Method for Fretting Wear Protection by Lubricating Greases》、《ASTM G83-96 Standard Test Method for Wear Testing with a Crossed-Cylinder Apparatus》、《ASTM G133-02 Standard Test Method for Linerly Reciprocating Ball-on Flat Sliding Wear》、《ASTM G99-04 Standard Test Method for Wear Testing with a Pin-Disk Apparatus》、《ASTM G115-98 Standard Guide for Measuring and Reporting Friction Coefficients》和《ASTM G119-98 Standard Guide for Determining Synergism Between Wear and Corrosion》中关于磨损试验的相关规定，同时也参考了中国科学院金属研究所编制《模拟核电高温高压水中切向微动磨损测试方法》技术文件，并结合中国科学院金属研究所以及国外相关研究机构关于高温高压水中微动磨损试验的实施经验而制定。具体技术内容说明如下。

(1)　为实时控制、监测高温高压水溶液的水化学参数，高温高压水微动磨损试验装置必须配置循环水回路，主要包括储水罐、循环泵、高压泵、换热器、预热器、冷凝器、背压阀、离子交换树脂等。储水罐的出水口通过管路连接循环泵，循环泵的出口分别通过管路连接水化学监测回路和高温高压水回路。水化学监测回路上有电导率探头、溶解氧探头、pH探头、离子交换树脂等，之后返回储水罐。高温高压水回路设有高压泵、换热器、试样台、高压釜、冷凝器、背压阀等，管路的出口连接储水罐。

(2)　为了保证试验的可靠性，高温高压水微动磨损测试过程中的关键参数（法向正压力、振动频率和位移幅值等）均需在试验要求的条件下进行高精度的控制，正压力的控制精度在±1N内，位移幅值的测量精度在±1 μm内。为此，需要配备高精度的力、位移传感器与数据采集系统以进行及时反馈从而实现关键参数的精确控制。

(3)　为了保证正压力的准确性，高温高压水微动磨损测试系统应配备慢应变速率拉伸机加载系统来加载并控制正压力的大小，而且推荐慢应变速率拉伸机加载系统配备压力平衡系统，抵消釜内水压对加载系统施加的压力影响。

(4)　为了保证试验的重复性与数据的可靠性，相同试验条件下的微动磨损测试不应小于3次。

(5)　当采用线接触或者面接触的微动磨损试验时，安装时两试样间应尽量保持平行。

(6)　为保证能够模拟典型轻水堆核电站服役循环水环境，规定高压釜能够在200-325℃、4.5-16.5 MPa高温高压水环境下，保持稳定密封并能长期运行。

(7)　为保证试验环境的关键水化学参数，需实时精确监测、控制循环水中的溶解氧含量。

(8)　为保证高压釜内高温高压水的水化学参数，规定循环水流速应能够保证高压釜内水每小时更换1次。

(9)　为确保顺利、安全、有效开展高温高压水中微动磨损试验，规定操作人员应严格按照操作规程开展试验。

(10)　为保证试验安全，规定高温高压水中微动磨损试验装置能够在出水温度过高时自动报警并关闭系统；在高压釜入口处安装爆破阀，使高压釜内压力由于故障升高时，进行爆破泄压；高压釜内温度过高时自动报警并关闭系统；高压釜、预热器、换热器等部件泄漏时，能够自动报警并关闭系统；冷却水断流时能够自动报警。

(11)　为保证试验装置的稳定性与可靠性，应按照相关规定定期对高压釜热电偶、预热器热电偶、溶解氧探头、溶解氢探头、压力传感器、力传感器和位移传感器等进行准确度校正及计量认定。

本标准规定了核电厂用金属材料在高温高压水中电化学试验方法。 本标准适用于核电厂用金属材料在350℃以下水介质中电化学试验。

本标准规定了核电厂高温高压水条件下金属材料试样轴向应变和位移控制腐蚀疲劳试验的方法和 相关技术要求。 本标准适用于具有一定标距长度的圆形、矩形横截面试样在360 ℃以下水介质中轴向应变和位移控 制腐蚀疲劳试验。产品构件和其他特殊形状试样的高温高压水疲劳试验可参照本标准执行。

在本部分编写过程中，参考了国家标准《GB/T 15248-2008 金属材料轴向等幅低循环疲劳试验方法》、《GB/T 3075-2008 金属材料 疲劳试验 轴向力控制方法》、《GB/T 20120.1-2006 金属和合金的腐蚀 腐蚀疲劳试验 第1部分：循环失效试验》以及ASTM标准《ASTM E466 Practice for Conducting Force Controlled Constant Amplitude Axial Fatigue Tests of Metallic Materials》、《ASTM E606-04 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue Testing》关于轴向疲劳试验的相关规定，同时也参考了中国科学院金属研究所编制的高温高压水腐蚀疲劳试验技术文件，并结合中国科学院金属研究所以及国外相关研究机构关于高温高压水腐蚀疲劳试验的实施经验而制定。具体技术内容说明如下。

(1)　为保证利用标准试样获得的疲劳性能能够代表本体材料的疲劳性能，保证疲劳数据的有效性，规定除构件外，标准疲劳试样形状尺寸应满足相关规定：圆棒状试样标距段直径d最小为6.35 mm，标距段长度L=3d±d，过渡圆弧半径r=4d±2d；矩形试样标距段最小厚度T为2.54 mm，标距段长度L=3T±T/2，宽度H=2T，过渡圆弧r=2T±T/2。

(2)　为保证疲劳数据的有效性，规定试样平行度、垂直度、同轴度一般应优于0.08。

(3)　为方便试样在高温高压水环境中与疲劳试验机连接，推荐棒状疲劳试样采用末端台阶连接方式，矩形试样采用欧姆夹夹持方式。

(4)　为实时控制、监测高温高压水溶液的水化学参数，高温高压水腐蚀疲劳试验装置必须配置循环水回路，主要包括储水罐、循环泵、高压泵、换热器、预热器、冷凝器、背压阀、离子交换树脂等。储水罐的出水口通过管路连接循环泵，循环泵的出口分别通过管路连接水化学监测回路和高温高压水回路。水化学监测回路上有电导率探头、溶解氧探头、pH探头、离子交换树脂等，之后返回储水罐。高温高压水回路设有高压泵、换热器、试样台、高压釜、冷凝器、背压阀等，管路的出口连接储水罐。

(5)　为保证能够模拟典型轻水堆核电站服役循环水环境，规定高压釜能够在280-325oC、8-16.5 MPa高温高压水环境下，保持稳定密封并能长期运行。

(6)　为保证试样在恒温条件下开展疲劳试验，规定温度测量位置处于疲劳试样标距段附近，温度波动范围小于±2℃。

(7)　为保证试验环境的关键水化学参数，需实时精确监测、控制循环水中的溶解氧含量。

(8)　为保证高压釜内高温高压水的水化学参数，规定循环水流速应能够保证高压釜内水每小时更换一次，如体积为10L的高压釜，循环水流速应不小于10L/h.

(9)　为方便疲劳试样装卸，应确保高压釜体积要足够大，可以安装试样台，操作方便。

(10)　为实现对处于高温高压水环境中的试样进行疲劳加载，疲劳加载系统与高压釜之间应实现动密封连接，并能在高温高压水环境下长期稳定运行。

(11)　为保证疲劳试验过程中的同轴度，疲劳机加载系统、高压釜、试样台、试样夹具等部件必须精密配合，尽量消除连接件之间的间隙，能够稳定有效夹持疲劳试样，保证疲劳试样安装后同轴度优于0.08 mm。

(12)　为保证开展高温高压水低周疲劳试验的有效性与精确性，规定高温高压水腐蚀疲劳试验装置应能够在高温高压水环境下实现应变控制或者在位移控制模式下实时精确原位监测疲劳试样标距段应变。

(13)　为确保顺利、安全、有效开展高温高压水腐蚀疲劳试验，规定操作人员应严格按照操作规程开展试验。

(14)　为保证试验安全，规定高温高压水腐蚀疲劳试验装置能够在出水温度过高时自动报警并关闭系统；在高压釜入口处安装爆破阀，使高压釜内压力由于故障升高时，进行爆破泄压；高压釜内温度过高时自动报警并关闭系统；高压釜、预热器、换热器等部件泄漏时，能够自动报警并关闭系统；冷却水断流时能够自动报警。

(15)　为保证试验装置的稳定性与可靠性，应按照相关规定定期对疲劳机力传感器、位移传感器、高精度线性可变差动变压位移传感器、高压釜热电偶、预热器热电偶、溶解氧探头、压力传感器等，进行准确度校正

(16)　为确保试验数据的有效性，一般每个试验点需重复3次。