核反應(yīng)堆用17-4PH不銹鋼的性能研究.pdf

1、17-4PH沉淀硬化不銹鋼作為反應(yīng)堆用結(jié)構(gòu)材料，被西方大國(guó)如美國(guó)和法國(guó)廣泛應(yīng)用于PWR等核電站的閥桿等部件。這主要是由于其具有良好的機(jī)械性能、杰出的高溫性能，簡(jiǎn)單的熱處理工藝和對(duì)一回路高溫水的良好耐腐蝕性。但是隨著服役時(shí)間的延長(zhǎng)，高強(qiáng)度的17-4PH不銹鋼將可能產(chǎn)生熱時(shí)效脆化。穩(wěn)壓器頂部的安全閥閥桿因處于較高的工作溫度區(qū)(350℃左右)，17-4PH不銹鋼閥桿熱時(shí)效脆化損傷就更加嚴(yán)重。所以，研究17-4PH不銹鋼的熱時(shí)效脆化是必要的。

2、 基于17-4PH不銹鋼在核反應(yīng)堆中的服役條件，本文采用X射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)、電子探針(EPMA)、差熱分析(DTA)等測(cè)試分析手段，借助固態(tài)金屬中的擴(kuò)散與相變，熱力學(xué)等理論對(duì)17-4PH不銹鋼回火處理、時(shí)效處理過(guò)程中的固態(tài)相變、硬化行為及其對(duì)耐磨性的影響進(jìn)行了系統(tǒng)深入的研究。 對(duì)17-4PH不銹鋼在1040℃固溶處理后進(jìn)行了350-595℃的回火處理，該鋼在一定的溫度和時(shí)間會(huì)達(dá)到不

3、銹鋼的峰值硬度，在隨后的保溫過(guò)程中，不銹鋼的硬度下降。通過(guò)XRD和TEM觀測(cè)分析了17-4PH不銹鋼在595℃保溫過(guò)程中的相變，在保溫過(guò)程中，板條狀馬氏體基體變化不大，但在馬氏體內(nèi)部析出大量的和基體有取向關(guān)系的ε-Cu顆粒，其取向關(guān)系為： (101)<,M>//(111)<,Cu>，[111]<,M>//[110]<,Cu>.并且由馬氏體基體內(nèi)部析出和馬氏體有(101)<,M>//(511)<,C>，[111]<,M>//[149]<,

4、C>.取向的纖維狀的二次碳化物M<,23>C<,6>。由熱力學(xué)計(jì)算出17-4PH不銹鋼中ε-Cu形核驅(qū)動(dòng)力ΔG<,m>=.13226.2J/mol。并求出不銹鋼在中溫回火處理過(guò)程中ε-Cu顆粒析出的激活能為137.8KJ/mol。細(xì)小共格的ε-Cu相的彌散析出和少量和基體有取向關(guān)系的M<,23>C<,6>在馬氏體內(nèi)析出，使其達(dá)到峰值硬度。在隨后的保溫過(guò)程中，主要的硬化相ε-Cu相發(fā)生Ostwald熟化，顆粒體積長(zhǎng)大，由于碳化物的析出，馬

5、氏體基體的含碳量下降，導(dǎo)致了馬氏體基體的硬度的下降。 17-4PH不銹鋼在350℃時(shí)效6個(gè)月后，spinodal分解開(kāi)始沿晶界進(jìn)行，其形貌為黑白相間的層片狀組織，其方向?yàn)槠叫杏诰Ы绲姆ň€方向還有少量的逆變奧氏體產(chǎn)生。在350℃時(shí)效15個(gè)月后，spinodal分解進(jìn)行較充分，逐漸由晶界發(fā)生轉(zhuǎn)向晶內(nèi)；基體中析出有嚴(yán)格取向的細(xì)小的G相，它和ε-Cu的取向關(guān)系為：(111)G//(111)<,ε-Cu>，[011]G//[011]ε-Cu，，此

6、外基體中還析出層片狀的σ相并有17％的逆變奧氏體產(chǎn)生。 17-4PH不銹鋼在中溫長(zhǎng)期時(shí)效過(guò)程中，其機(jī)械性能會(huì)隨著時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)會(huì)發(fā)生變化：不銹鋼的動(dòng)態(tài)斷裂韌性隨時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)呈指數(shù)衰減形式下降，產(chǎn)生時(shí)效脆化；其拉伸強(qiáng)度隨時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)而增加，時(shí)效溫度越高，強(qiáng)度增量越大：同時(shí)，該鋼的延伸率和斷面收縮率降低。 17-4PH不銹鋼在中溫長(zhǎng)期時(shí)效過(guò)程中，其耐蝕性隨時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)而降低。其主要原因是不銹鋼在長(zhǎng)期時(shí)效過(guò)程中析出了大量

7、的第二相，這些第二相與基體之間存在電位差，降低了不銹鋼的耐蝕性。 鹽浴滲氮處理后，17-4PH不銹鋼滲層中主要物相為含擴(kuò)展(含氮)馬氏體、CrN，F(xiàn)e<,4>N，以及Fe<,3>O<,4>。并且處理溫度越高，不銹鋼滲氮層中形成的Fe<,3>O<,4>以及CrN含量越多。含氮馬氏體的晶格常數(shù)隨氮化處理溫度的提高而上升，該鋼在鹽浴滲氮中的激活能為190.9kJ/mol。 17-4PH不銹鋼進(jìn)行鹽浴滲氮處理后，能得到較厚的滲氮