核電站一回路鑄造雙相不銹鋼的熱老化行為研究.pdf

1、壓水堆核電站一回路系統(tǒng)中使用了大量的鑄造不銹鋼部件：閥體、主冷卻劑管道和主泵泵殼，一般其運(yùn)行溫度范圍為288-327℃，該材料長期在反應(yīng)堆冷卻劑運(yùn)行溫度下會(huì)發(fā)生熱老化脆化，即韌性和延性下降的現(xiàn)象，隨著熱老化程度的加深，壓力部件的臨界裂紋尺寸會(huì)下降，因此將削弱一回路壓力邊界的完整性。分析材料由組織變化引起的強(qiáng)度升高、韌性和延性下降，查明CSS材料老化機(jī)理對(duì)提高機(jī)械性能，延長核電站的運(yùn)營壽命，給電站帶來更大的經(jīng)濟(jì)效益。 本文對(duì)400

2、℃加速老化試驗(yàn)后試樣通過光學(xué)金相（OM）、透射電鏡（TEM）、掃描電鏡（SEM）、室溫與運(yùn)行溫度350℃拉伸試驗(yàn)、室溫沖擊以及韌脆轉(zhuǎn)折溫度的測定等方法研究了不同老化時(shí)間的國產(chǎn)與法國產(chǎn)23CN20-09Mα+γ鑄造雙相不銹鋼（CSS）的顯微組織、室溫與運(yùn)行溫度下的靜力強(qiáng)塑性與變形行為以及沖擊動(dòng)態(tài)強(qiáng)韌性與韌脆轉(zhuǎn)折溫度隨老化時(shí)間延長的變化，以期探討熱老化脆化對(duì)該鋼組織性能的影響及其變形行為，并對(duì)該鋼老化后的拉伸與沖擊性能進(jìn)行了評(píng)估。

3、23CN20-09Mα+γ鑄造雙相不銹鋼組織為奧氏體基體上分布著不連續(xù)的島狀分布，主要形態(tài)為條帶狀和花邊狀。隨老化時(shí)間的延長，鐵素體的形態(tài)發(fā)生了變化，由不連續(xù)的島狀和花邊狀逐漸在局部區(qū)域形成帶狀尖銳的鐵素體長條，奧氏體內(nèi)的位錯(cuò)、層錯(cuò)也有明顯的減少，在晶界處有析出物的出現(xiàn)，且鑄造雙相不銹鋼中的鐵素體相隨老化時(shí)間的延長逐漸變硬。 兩種鋼的靜力強(qiáng)塑性與斷裂分析可知，取樣位置對(duì)國產(chǎn)鋼室溫靜力強(qiáng)塑性沒有顯著影響，對(duì)法國產(chǎn)鋼的強(qiáng)度有顯著性影

4、響，但對(duì)塑性沒有影響；取樣方向?qū)κ覝乩焖苄詻]有顯著的影響。老化1000h后對(duì)法國產(chǎn)鋼室溫抗拉強(qiáng)度和斷面收縮率都有顯著的影響。鑄造雙相不銹鋼的拉伸宏觀斷口的邊緣為不規(guī)則的“花瓣?duì)睢?，斷口附近有明顯的褶皺出現(xiàn)，原始態(tài)鑄造雙相不銹鋼室溫?cái)嗔褭C(jī)理為微孔聚集斷裂。熱老化后斷口上韌窩底部出現(xiàn)第二相粒子，隨老化時(shí)間的延長，第二相粒子增多，斷裂為微孔聚集長大或塑性流動(dòng)發(fā)生頸縮而斷裂。350℃拉伸斷口為韌窩，并隨熱老化時(shí)間的延長韌窩形貌由深變淺，高溫拉

5、伸隨老化時(shí)間的延長韌性下降，但斷裂方式變化不明顯，仍為微孔聚集斷裂。 鑄造雙相不銹鋼拉伸曲線為“鋸齒形”，整個(gè)拉伸過程中伴隨著有新的Lüders帶的出現(xiàn)，拉伸過程中有形變孿晶的出現(xiàn)，在孿晶內(nèi)部還有大量滑移帶的出現(xiàn)，形變機(jī)理為滑移和孿生兩種變形機(jī)制的交替發(fā)生。鑄造雙相不銹鋼的強(qiáng)化分為3個(gè)階段，即屈服形變強(qiáng)化階段n1、均勻形變強(qiáng)化階段n2、局集形變強(qiáng)化階段n3，并且均勻形變強(qiáng)化階段n2<局集形變強(qiáng)化階段n3<屈服形變強(qiáng)化階段n1。

6、 兩種鋼的動(dòng)力強(qiáng)韌性與斷裂分析可知，取樣位置和方向的不同對(duì)沖擊特性值基本沒有顯著的影響；老化時(shí)間對(duì)裂紋形成功Wm沒有顯著性影響；老化時(shí)間對(duì)國產(chǎn)鋼的近外壁和徑向取樣以及法國產(chǎn)鋼的徑向取樣的裂紋擴(kuò)展功即Wu和Wa以及沖擊功W有顯著的影響。原始態(tài)與老化100h鑄造雙相不銹鋼沖擊斷裂機(jī)理為沿鑄件內(nèi)部的縮孔缺陷擴(kuò)展所致的延性斷裂；老化300h后斷口出現(xiàn)了大量的韌窩，為微孔聚集斷裂；老化1000h后斷口形貌特征為大量高密度的短而彎曲的撕裂棱線

7、條和韌窩帶，為準(zhǔn)解理斷裂。國產(chǎn)鋼態(tài)、老化100h與300h的韌脆轉(zhuǎn)變溫度分別為-105±5℃、-90±5℃與-50±5℃，法國產(chǎn)鋼原始態(tài)、老化100h、300h與1000h后韌脆轉(zhuǎn)折溫度分別為：-115±5℃、-85±5℃、-70±5℃與-50±5℃。隨老化時(shí)間延長韌脆轉(zhuǎn)折溫度逐漸升高，且在相同的老化時(shí)間下，國產(chǎn)鋼韌性明顯低于法國鋼。 由鑄造雙相不銹鋼脆化動(dòng)力學(xué)方程得出力學(xué)性能值低于實(shí)測值，脆化動(dòng)力學(xué)方程可以對(duì)法國產(chǎn)鑄造雙相不銹