【摘要】：鑄造雙相不銹鋼(CDSS)由奧氏體和鐵素體雙相結(jié)構(gòu)組成,由于其強(qiáng)度高、可鑄造性好、抗應(yīng)力腐蝕開裂能力強(qiáng)等特點(diǎn)而廣泛應(yīng)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(nèi)長(zhǎng)期服役會(huì)發(fā)生熱老化脆化現(xiàn)象,導(dǎo)致材料韌性下降,從而對(duì)核電站服役安全構(gòu)成了巨大的威脅,因此,研究雙相不銹鋼在服役溫度下長(zhǎng)時(shí)熱老化后組織和性能的變化規(guī)律及熱老化機(jī)理具有重要意義。本文首先通過中高溫拉伸試驗(yàn)對(duì)壓水堆一回路主管道用鋼Z3CN20-09M的鋸齒屈服激活能進(jìn)行了測(cè)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(yàn)機(jī)和示波沖擊試驗(yàn)機(jī)分析和對(duì)比了400℃和350℃溫度下等效熱老化以及400℃長(zhǎng)時(shí)熱老化對(duì)該鋼微觀組織和力學(xué)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(jī)理進(jìn)行了探討,獲得了如下主要結(jié)論:利用拉伸試驗(yàn)產(chǎn)生的鋸齒屈服現(xiàn)象,根據(jù)應(yīng)變速率、臨界應(yīng)變量以及溫度的關(guān)系計(jì)算出Z3CN20-09M不銹鋼在250~400℃范圍內(nèi)的激活能Q約為112kJ/mole,較化學(xué)成分法計(jì)算的激活能值高8.4%。將本文計(jì)算出的激活能值代入Arrhenius動(dòng)力學(xué)公式,計(jì)算出了400℃和350℃等效熱老化時(shí)長(zhǎng)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(diǎn)狀、島狀或條帶狀的鐵素體,400℃和350℃溫度下長(zhǎng)時(shí)熱老化對(duì)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(shí)間的增加,400℃下奧氏體中位錯(cuò)組態(tài)會(huì)發(fā)生變化,同時(shí)位錯(cuò)密度與位錯(cuò)纏結(jié)程度均有所降低;該鋼在400℃下熱老化100h時(shí),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(shí),鐵素體相中發(fā)現(xiàn)調(diào)幅分解現(xiàn)象,形成富Cr的α′相和富Fe的α相;老化5000h后的調(diào)幅分解α/α′兩相界稍清晰,調(diào)幅組織發(fā)生聚集和粗化。與此相比,Z3CN20-09M鋼在350℃等效時(shí)長(zhǎng)熱老化后具有相類似的組織結(jié)構(gòu)變化規(guī)律。Z3CN20-09M鋼在400℃熱老化100h和3000h時(shí)及350℃熱老化等效時(shí)長(zhǎng)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(shí)長(zhǎng)的影響。隨著熱老化時(shí)間的延長(zhǎng),該鋼在400℃和350℃下的比屈服強(qiáng)度(P_y/t_0~2)和比抗拉強(qiáng)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(gè)溫度下的示波沖擊載荷-位移曲線隨著熱老化時(shí)間的延長(zhǎng),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(shí)間的延長(zhǎng)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(shí)間的延長(zhǎng),微型杯突斷裂機(jī)理始終是韌性斷裂,但韌窩數(shù)量是呈逐漸減小的趨勢(shì);而其示波沖擊斷裂機(jī)理是由具有大量韌窩特征的韌性斷裂過渡為同時(shí)存在韌窩和解理臺(tái)階特征的韌脆混合斷裂。經(jīng)400℃與350℃兩種溫度下的等效時(shí)長(zhǎng)熱老化后,Z3CN20-09M鋼金相組織和亞結(jié)構(gòu)、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(xué)性能、微型杯突斷裂機(jī)理和示波沖擊斷裂機(jī)理均隨熱老化時(shí)長(zhǎng)具有十分相似的變化規(guī)律。經(jīng)400℃長(zhǎng)時(shí)熱老化15000h后,Z3CN20-09M不銹鋼中鐵素體相內(nèi)析出G相,同時(shí)調(diào)幅分解產(chǎn)物進(jìn)一步聚集和粗化,調(diào)幅分解接近平衡;熱老化到30000h,鐵素體內(nèi)G相數(shù)量增多,調(diào)幅分解α/α′兩相邊界清晰,基本達(dá)到平衡。在G相和調(diào)幅分解的協(xié)同作用下,Z3CN20-09M不銹鋼在400℃長(zhǎng)時(shí)熱老化達(dá)30000h后顯微硬度、微型杯突力學(xué)性能和示波沖擊力學(xué)性能基本保持不變,而此時(shí)微型杯突斷裂機(jī)理為韌脆混合斷裂,示波沖擊斷裂機(jī)理為脆性斷裂。
【學(xué)位授予單位】：西安工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TM623;TG142.71
【圖文】：

壓水堆核電站運(yùn)行原理如圖 1.1 所示：一回路的（發(fā)生原子核裂變反應(yīng)）的反應(yīng)堆堆芯時(shí)會(huì)吸收堆芯的熱過熱管段進(jìn)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(chǎn)生蒸汽，汽輪機(jī)經(jīng)蒸汽推動(dòng)后冷卻劑溫度下降，一回路系統(tǒng)的主泵進(jìn)行升壓后，冷卻劑成熱量交換，產(chǎn)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(jī)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(xué)性能。結(jié)果發(fā)現(xiàn)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(diào)幅分解，即富 Fe 發(fā)生了調(diào)幅分解的聚集和粗化，同時(shí)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(xiàn)時(shí)效導(dǎo)致鐵素體硬度增加，沖擊韌化至 5000h 后的夏比沖擊能量達(dá)到飽和值。同時(shí)雙回路電化學(xué)電位活化（DL-EPR）試驗(yàn)和醋酸R 試驗(yàn)中陽極掃描的峰值電流密度和乙酸極化時(shí)加而增大，而在乙酸極化過程中，二次鈍化的陽的線性關(guān)系。同時(shí) Chandra 在文獻(xiàn)[36]中也研究了

鐵素體相中發(fā)現(xiàn)了晶格參數(shù)為 1.12nm 的 G 相結(jié)構(gòu)，如圖 1.3 所痕及示波沖擊試驗(yàn)等力學(xué)性能測(cè)試發(fā)現(xiàn)，隨著老化時(shí)長(zhǎng)的增加升高，但沖擊功明顯降低，同時(shí)不銹鋼斷裂形貌由微孔聚集型通過電化學(xué)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，隨著熱老化時(shí)長(zhǎng)的增加，Z3CN20-09M 降；結(jié)果顯示，調(diào)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(jìn)行對(duì)比，結(jié)果發(fā)現(xiàn)環(huán)境明溫度才是影響材料熱老化的主要因素。

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 張盈鎖;;對(duì)EAP快速熱老化方法的分析及探討(摘要)[J];絕緣材料通訊;1987年05期

2 張盈鎖;白易;馬艷秀;趙慧巖;董理達(dá);;七種F、H級(jí)低壓電機(jī)絕緣結(jié)構(gòu)熱老化試驗(yàn)研究[J];中小型電機(jī);1987年01期

3 張盈鎖;對(duì)EAP快速熱老化方法的分析及探討[J];玻璃鋼/復(fù)合材料;1988年04期

4 龐鴻婷;硝化棉在熱老化過程中爆發(fā)點(diǎn)、分解溫度變化規(guī)律的探討[J];消防科技;1988年03期

5 三橋健八;李書春;;橡膠材料的環(huán)境老化與壽命——自然曝露結(jié)果與熱老化試驗(yàn)結(jié)果的比較解析法[J];橡膠譯叢;1988年06期

6 ;用熱分析法評(píng)定聚苯硫醚涂層的熱老化[J];合成材料老化與應(yīng)用;1988年01期

7 張敏 ,張文杰;論文集文摘[J];環(huán)境條件與試驗(yàn);1989年04期

8 張盈鎖;;絕緣材料快速熱老化試驗(yàn)方法研究中幾個(gè)重要問題的討論[J];絕緣材料通訊;1989年02期

9 徐祥銘;;快速熱老化試驗(yàn)方法探討[J];老化通訊;1979年04期

10 姜青松;梁斌;周佳龍;史夢(mèng)穎;李孟哲;;熱老化條件對(duì)機(jī)車電纜絕緣材料機(jī)械性能的影響[J];光纖與電纜及其應(yīng)用技術(shù);2019年03期

相關(guān)會(huì)議論文 前1條

1 楊立樹;鐘質(zhì)飛;;核電站1E級(jí)變壓器鑒定試驗(yàn)方法研究[A];2010’第五屆綠色財(cái)富（中國(guó)）論壇會(huì)刊[C];2010年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前3條

1 崔魯;熱老化植物油紙絕緣放電特性及其對(duì)絕緣劣化影響研究[D];重慶大學(xué);2018年

2 張勁;變壓器紙絕緣熱老化相關(guān)纖維色散染色顏色特征研究[D];重慶大學(xué);2018年

3 劉同華;核電主管道Z3CN20.09M不銹鋼的熱老化及無損評(píng)估方法研究[D];北京科技大學(xué);2019年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 孫家興;柴油機(jī)SCR催化劑水熱老化的機(jī)理研究及數(shù)值模擬[D];大連理工大學(xué);2019年

2 曹楠;核電主管道用不銹鋼不同溫度熱老化機(jī)理研究[D];西安工業(yè)大學(xué);2019年

3 吉重瑞;氧化鈰填充硫化天然橡膠熱老化單軸疲勞及微觀性能研究[D];內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué);2019年

4 秦瑤;熱老化對(duì)納米炭黑/交聯(lián)聚乙烯復(fù)合材料介電特性的影響[D];哈爾濱理工大學(xué);2018年

5 解浩;Nomex絕緣紙熱老化特性分析[D];中國(guó)礦業(yè)大學(xué);2018年

6 周凱;聚合物絕緣材料油中熱老化交流空間電荷特性研究[D];華北電力大學(xué)(北京);2016年

7 梁超;低萃取耐熱聚酯薄膜的研究與制備[D];東華大學(xué);2014年

8 黃世浩;復(fù)合因子作用下聚合物薄膜材料的絕緣老化特性研究[D];天津大學(xué);2018年

9 高超;鍛造316LN鋼熱老化組織性能和應(yīng)力腐蝕敏感性研究[D];燕山大學(xué);2018年

10 高雨雨;模擬工況熱老化對(duì)核電用不銹鋼動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的影響[D];西安工業(yè)大學(xué);2018年

本文編號(hào)：2797247