【摘要】：鑄造雙相不銹鋼(CDSS)由奧氏體和鐵素體雙相結構組成,由于其強度高、可鑄造性好、抗應力腐蝕開裂能力強等特點而廣泛應用于壓水堆核電站一回路主管道等重要部件。然而,雙相不銹鋼在288~327℃溫度范圍內長期服役會發(fā)生熱老化脆化現象,導致材料韌性下降,從而對核電站服役安全構成了巨大的威脅,因此,研究雙相不銹鋼在服役溫度下長時熱老化后組織和性能的變化規(guī)律及熱老化機理具有重要意義。本文首先通過中高溫拉伸試驗對壓水堆一回路主管道用鋼Z3CN20-09M的鋸齒屈服激活能進行了測定,然后通過透射電鏡、金相顯微鏡、掃描電鏡以及顯微維氏硬度儀、小型萬能試驗機和示波沖擊試驗機分析和對比了400℃和350℃溫度下等效熱老化以及400℃長時熱老化對該鋼微觀組織和力學性能的影響規(guī)律,最后該鋼在不同溫度下的熱老化脆化機理進行了探討,獲得了如下主要結論:利用拉伸試驗產生的鋸齒屈服現象,根據應變速率、臨界應變量以及溫度的關系計算出Z3CN20-09M不銹鋼在250~400℃范圍內的激活能Q約為112kJ/mole,較化學成分法計算的激活能值高8.4%。將本文計算出的激活能值代入Arrhenius動力學公式,計算出了400℃和350℃等效熱老化時長比約為1:5。Z3CN20-09M鋼原始態(tài)的金相組織特征為奧氏體基體上分布有點狀、島狀或條帶狀的鐵素體,400℃和350℃溫度下長時熱老化對其金相組織形貌和鐵素體含量都沒有明顯的影響。隨著老化時間的增加,400℃下奧氏體中位錯組態(tài)會發(fā)生變化,同時位錯密度與位錯纏結程度均有所降低;該鋼在400℃下熱老化100h時,鐵素體相和奧氏體相中均析出第二相粒子Cr_2N;熱老化3000h時,鐵素體相中發(fā)現調幅分解現象,形成富Cr的α′相和富Fe的α相;老化5000h后的調幅分解α/α′兩相界稍清晰,調幅組織發(fā)生聚集和粗化。與此相比,Z3CN20-09M鋼在350℃等效時長熱老化后具有相類似的組織結構變化規(guī)律。Z3CN20-09M鋼在400℃熱老化100h和3000h時及350℃熱老化等效時長后,鐵素體相的顯微硬度先有較大幅度的升高,而后緩慢增大;而奧氏體相的顯微硬度基本不受熱老化時長的影響。隨著熱老化時間的延長,該鋼在400℃和350℃下的比屈服強度(P_y/t_0~2)和比抗拉強度(P_u/t_0~2)均緩慢增大,而比斷裂能(E_(sp))則緩慢減小。另外,該鋼在兩個溫度下的示波沖擊載荷-位移曲線隨著熱老化時間的延長,逐漸變窄變高,而沖擊能量值W_(iu)、W_a以及W_t均隨熱老化時間的延長先急劇減小,然后緩慢下降。Z3CN20-09M鋼在400℃和350℃下隨著熱老化時間的延長,微型杯突斷裂機理始終是韌性斷裂,但韌窩數量是呈逐漸減小的趨勢;而其示波沖擊斷裂機理是由具有大量韌窩特征的韌性斷裂過渡為同時存在韌窩和解理臺階特征的韌脆混合斷裂。經400℃與350℃兩種溫度下的等效時長熱老化后,Z3CN20-09M鋼金相組織和亞結構、奧氏體相及鐵素體相的顯微硬度、微型杯突和示波沖擊力學性能、微型杯突斷裂機理和示波沖擊斷裂機理均隨熱老化時長具有十分相似的變化規(guī)律。經400℃長時熱老化15000h后,Z3CN20-09M不銹鋼中鐵素體相內析出G相,同時調幅分解產物進一步聚集和粗化,調幅分解接近平衡;熱老化到30000h,鐵素體內G相數量增多,調幅分解α/α′兩相邊界清晰,基本達到平衡。在G相和調幅分解的協同作用下,Z3CN20-09M不銹鋼在400℃長時熱老化達30000h后顯微硬度、微型杯突力學性能和示波沖擊力學性能基本保持不變,而此時微型杯突斷裂機理為韌脆混合斷裂,示波沖擊斷裂機理為脆性斷裂。
【學位授予單位】：西安工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TM623;TG142.71
【圖文】：

壓水堆核電站運行原理如圖 1.1 所示：一回路的（發(fā)生原子核裂變反應）的反應堆堆芯時會吸收堆芯的熱過熱管段進入蒸汽發(fā)生器中，并通過 U 型管與二回路管道路接收到冷卻劑的熱量并產生蒸汽，汽輪機經蒸汽推動后冷卻劑溫度下降，一回路系統(tǒng)的主泵進行升壓后，冷卻劑成熱量交換，產生源源不斷的電力[12,14-15]。

1.2 CF-8M 雙相不銹鋼熱老化行為的機理示意圖究了不同鐵素體含量的 SCS14A 鑄造雙相不銹鋼 過程中的微觀組織變化以及力學性能。結果發(fā)現段。在第一階段，鐵素體發(fā)生快速硬化，而夏比這是由于鐵素體相中發(fā)生了調幅分解，即富 Fe 發(fā)生了調幅分解的聚集和粗化，同時析出 G 相，體硬度的增加速率與夏比沖擊能的降低速率均趨究了 2205 型雙相不銹鋼在 335℃、365℃和 400℃的變化。發(fā)現時效導致鐵素體硬度增加，沖擊韌化至 5000h 后的夏比沖擊能量達到飽和值。同時雙回路電化學電位活化（DL-EPR）試驗和醋酸R 試驗中陽極掃描的峰值電流密度和乙酸極化時加而增大，而在乙酸極化過程中，二次鈍化的陽的線性關系。同時 Chandra 在文獻[36]中也研究了

鐵素體相中發(fā)現了晶格參數為 1.12nm 的 G 相結構，如圖 1.3 所痕及示波沖擊試驗等力學性能測試發(fā)現，隨著老化時長的增加升高，但沖擊功明顯降低，同時不銹鋼斷裂形貌由微孔聚集型通過電化學測試發(fā)現，隨著熱老化時長的增加，Z3CN20-09M 降；結果顯示，調幅分解是材料發(fā)生熱老化脆化的主要原因；同環(huán)境（空氣和模擬工況）下的熱老化進行對比，結果發(fā)現環(huán)境明溫度才是影響材料熱老化的主要因素。

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本文編號：2797247