FeCrAl合金中高温水蒸气氧化增重模型研究

来源：核动力工程杂志2024年第3期北京时间：

作者：刘臻, 张晓红, 乔英杰, 何琨, 杜沛南, 张瑞谦, 都时禹

单位：1.哈尔滨工程大学材料科学与化学工程学院，哈尔滨，150001；2.中国核动力研究设计院，成都，610213；3.中国石油大学（华东）材料科学与工程学院，山东青岛，266580；

摘要：通过预测FeCrAl合金在不同温度下的水蒸气氧化行为，从而为反应堆失水事故（LOCA）下的FeCrAl包壳性能演化仿真提供模型。本文基于反应控制与扩散控制的氧化机制，提出了两段式的氧化增重微分模型，并给出了模型参数标定方法。结合实验提供的FeCrAl合金在高温（900~1200℃）与中温（400℃）条件下的水蒸气氧化增重数据，模型能够统一描述400~1200℃温度区间内的FeCrAl合金氧化增重行为，与实验数据的误差控制在20%以内。同时观测到，反应-扩散机制的临界增重在400~900℃时基本不变，在更高温度时显著上升，其原因是高温时氧化层生长过快，难以形成致密的氧化保护层。考虑实际LOCA时初始水腐蚀氧化层的影响以及气压变化，模型给出了相对应的修正方案。本研究有望为FeCrAl合金包壳在LOCA下的失效行为仿真提供氧化增重模型与数据。

关键词：FeCrAl合金, 耐事故燃料（ATF）, 氧化增重, 高温水蒸气氧化, 失水事故（LOCA）

基金资助：国家重点研发计划（2019YFB1901003）