Ductile Fracture Prediction of 316LN Stainless Steel in Hot Deformation Process

A ductile fracture criterion of 316LN stainless steel, combined with the plastic deformation capacity of ma- terial and the stress state dependent damages, was proposed to predict ductile fracture during hot deformation. To the end, tensile tests at high temperatures were first performed to investigate the fracture behavior of 316LN stain- less steel. The experimental results show the variation of the critical fracture strain as a function of temperature and strain rate. Second, the criterion was calibrated by using the upsetting tests and the corresponding numerical simula- tions. Finally, the proposed fracture criterion was validated by the designed tests and the corresponding finite ele- ment （FE） simulation. The results show that the criterion can successfully predict the onset of ductile fracture at ele- vated temperatures.

控氮型不锈钢316LN在含氯介质中的点蚀行为

针对N元素对奥氏体不锈钢抗点蚀能力的影响与其机理尚不明确的现状,以控氮型不锈钢316LN为研究对象,对其进行力学性能测试和电化学阻抗谱等电化学测试。结果表明316LN在室温下的力学性能及抗腐蚀性能均比不含氮的316L优越,但随着温度与介质浓度的提升,316LN的抗腐蚀性能存在明显的劣化;在室温和低介质浓度下,316LN的钝化膜阻抗普遍高于316L,显示在N元素和Cr、Mo等合金元素的协同下,316LN的表层钝化膜稳定性高于316L;同时N元素的转化产物NH_(4)^(+)或NO_(3)^(-)可有效抑制点蚀内部二次点蚀坑的形成,避免点蚀坑向纵深快速扩展。

TIG焊热输入对316LN奥氏体不锈钢焊接接头性能的影响

通过调整设置不同的焊接热输入条件,利用窄间隙TIG对316LN奥氏体不锈钢进行焊接,取试进行77K低温冲击韧性、常温力学性能、微观组织分析试验。将不同焊接热输入对试验结果进行对比,研究一定范围内热输入对TIG焊接接头强度、韧塑性性能以及金相组织的影响,为316LN奥氏体不锈钢批量焊接提供支撑。

溶解氧含量对国产化锻造主管道316LN不锈钢环境促进疲劳寿命的影响

在模拟核电厂一回路高温高压水环境中,对国产化锻造主管道用316LN不锈钢开展了疲劳试验,分析了应变速率和溶解氧(DO)含量对不锈钢环境促进疲劳(EAF)寿命的影响。结果表明:在不同DO含量下,试样EAF断口均呈典型的多裂纹源疲劳开裂特征,疲劳辉纹明显;断口上覆盖的腐蚀产物主要为富Fe、Cr、Ni的尖晶石氧化物,随着DO含量的增加,氧化物颗粒数量增加、尺寸变大;在不同DO含量下EAF寿命偏差不超过30%,无明显统计差别;结合不同的统计模型可知,在低应变速率(0.1×10^(-4)~0.1×10^(-3) s^(-1))下DO含量对316LN不锈钢EAF寿命的影响才会比较明显;在建立较为精确的统计模型时,需要细分应变速率范围,并考虑DO含量的影响。

CuCrZr/316LN合金管激光焊接头组织与性能

对CuCrZr与316LN异种材料合金管进行激光焊试验,观察分析试样的接头形貌、微观组织、化学成分以及力学性能分析.结果表明,在激光功率1100~1400 W、离焦量+20 mm、焊接速度14.5 mm/s和氩气流量15 L/min时焊缝成形良好,可实现CuCrZr/316LN合金管的全位置焊接,焊缝内部缺陷较少,但随着激光功率的增加,焊缝下塌现象明显;CuCrZr/316LN焊缝与母材连接界面元素过渡明显,由于Fe,Cu互溶,在焊缝内部主要以形状不同的富Fe的Fe/Cu固溶体存在;CuCrZr/316LN合金管激光焊接接头抗拉强度较高,主要断裂位置为晶粒粗大的铜侧热影响区位置,断裂形式以韧性断裂为主.

不同温度下316LN奥氏体不锈钢拉伸变形后的组织演变与性能

利用电子万能试验机对316LN不锈钢在-40~300℃范围内进行单轴拉伸实验。借助扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)对不锈钢拉伸变形后的组织及断口形貌进行系统分析,研究了温度和拉伸速度对316LN不锈钢组织与性能的影响规律。结果表明:在-40~300℃进行拉伸实验,强度指标随着温度的升高而降低,在25~300℃范围内,随着温度升高,伸长率降低,断口韧性断裂特征逐渐减弱,在-40^-20℃范围内,伸长率随着温度升高而增大,断口呈现韧性断裂特征;同一实验温度下(-20℃、300℃),随着拉伸速度的提高,强度指标增大,伸长率降低;在-40~300℃范围内,随着实验温度的降低,变形组织形态由位错缠结为主向形变孪晶为主发生转变。

固溶态316LN不锈钢的氧化行为

研究了固溶态316LN不锈钢在900～1200℃空气中的氧化行为。结果表明,316LN不锈钢在900～1200℃范围内氧化增重与氧化时间的关系遵从抛物线规律,氧化速率常数kT随温度的升高而增大;316LN不锈钢的高温氧化具有选择性,氧化首先发生于富Cr的晶界处;900℃时氧化轻微,氧化膜主要为Cr2O3,1000℃时氧化膜组成为Cr2O3和尖晶石结构的MnCr2O4,1200℃时除Cr2O3和MnCr2O4外,还存在少量的FeCr2O4。316LN不锈钢的氧化激活能为278.765 kJ/mol,氧化速率常数为8.05×105exp{-278265/(RT)}。

316LN不锈钢焊后热处理工艺及对残余应力的影响

在核聚变实验装置中广泛使用的316LN不锈钢材料,在焊接后出现较大的残余应力,使用焊后热处理法减少焊接残余应力。使用软件模拟计算出316LN不锈钢TTT、CCT和相组成图,获得了合理的焊后热处理工艺。结果表明,焊件平均残余应力减少幅度最大的发生在焊缝区,最小的发生在母材区。焊件沿着焊接方向,残余应力逐渐减少。

加热规范对316LN铸态奥氏体不锈钢组织和性能的影响

研究了316LN奥氏体不锈钢在不同温度和不同保温时间下,铁素体的含量、形貌的变化规律以及对力学性能的影响。结果表明:随固溶温度的升高、固溶时间的延长,铁素体的含量逐渐减少,形貌由原来的骨骼状逐渐向比较光滑的圆点状演变,硬度有整体下降的趋势。

316LN不锈钢热变形条件下的力学行为研究

应用Gleeble-1500D热模拟试验机研究了316LN不锈钢在900～1250℃。应变速率为0．005-0．5S-1的热变形行为。结果表明，材料的初始加工硬化率与剪切模量的比值受变形温度及应变速率的的影响很小，接近常数，Puchi-Cabrera提出的本构方程适用于本试验条件。在高温条件下，316LN存在动态应变时效（即Dynamic Strain Aging，简称DSA），且DSA预处理的适合应变速率为0．005s-1。

用直流电压降法研究316LN不锈钢的疲劳裂纹扩展行为

采用直流电压降（DCPD）方法测试了316LN不锈钢在室温和350℃的疲劳裂纹扩展速率,得到室温和350℃下该材料疲劳裂纹扩展门槛值ΔKth,并分析了试样断口形貌。结果表明：采用DCPD方法测得室温和350℃下ΔKth分别为11.9,8.1MPa·m^1/2,与文献值相符,350℃下的疲劳裂纹扩展速率比室温下的要高2～20倍;在裂纹亚临界扩展区,疲劳裂纹扩展速率与应力强度因子范围服从Paris公式,其参数n与温度无关,参数D与温度成线性正比关系;试样疲劳破坏形式为穿晶断裂。

pH和Cl^-含量对316LN不锈钢电化学性能的影响

采用动电位极化曲线和电化学阻抗谱研究了316LN不锈钢在不同pH和不同Cl^-浓度的硼酸+氢氧化锂混合溶液中的电化学行为。结果表明,316LN在上述混合溶液中均能形成钝化膜,且都具有较宽的钝化区间;随着pH增大,316LN的点蚀电位升高,维钝电流密度减小,电荷转移电阻增大;随着Cl^-含量增大,316LN的点蚀电位下降,维钝电流密度增大,电荷转移电阻减小。

核电用316LN奥氏体不锈钢延性断裂阈值研究

在Gleeble-1500D模拟机上对核电用316LN奥氏体不锈钢的热拉伸行为进行了研究,获得了钢在变形温度900~1200℃、应变速率0.01~1 s-1条件下拉伸变形的真应力-真应变曲线。通过Deform-3D有限元软件模拟了热拉伸过程,利用迭代法对试样颈缩后对应的真应力-真应变曲线进行修正。对试样颈缩前塑性变形部分对应的真应力-真应变数据拟合处理,得到了不同变形条件下316LN奥氏体不锈钢的硬化指数。将修正后的真应力-真应变曲线和计算得到的硬化指数导入Deform-3D软件中模拟热拉伸过程,计算得到了316LN奥氏体不锈钢热变形时的断裂阈值。

热变形对316LN奥氏体不锈钢微观组织和力学性能的影响

利用Gleeble-1500热模拟试验机、光学显微镜、显微硬度计和纳米力学探针仪研究了温度、变形量和变形道次对316LN不锈钢组织和性能的影响。结果表明,试样3个变形区域的组织和显微硬度差距很大,难变形区变化最小,心部区域变化最大。统计分析不同试样的心部区域可知,大的变形量能得到细的晶粒和较高的显微硬度;高的变形温度能使材料充分再结晶;多道次变形后,试样的晶粒均匀性和圆整性得到改善;变形量为0.6时,1000℃下大变形后材料的纳米硬度和弹性模量高于原始材料,1200℃下则相反。

316LN奥氏体不锈钢亚动态再结晶行为的研究

采用Gleeble-1500D热力模拟试验机,进行了1050℃～1150℃和0.005s-1～0.1s-1应变速率条件下的双道次热压缩试验,研究了316LN奥氏体不锈钢不同温度和应变速率条件下的亚动态再结晶行为。结果表明,随着道次间隔保温时间的延长,316LN奥氏体不锈钢的软化程度增大;随着温度的升高以及应变速率的增加,软化分数迅速增大。通过分析实验数据,得出了316LN奥氏体不锈钢热加工晶粒尺寸预测的亚动态再结晶动力学方程以及晶粒尺寸演变模型。

316LN不锈钢低速率应变下的热变形行为（英文）

目前,对316LN不锈钢在低速率应变下的热变形行为研究很少。本文选用工业316LN不锈钢,通过Gleeble-3800热模拟试验机进行了600^(-1) 100℃温度下,应变速率为3×10^(-3) s^(-1)的热压缩试验,得到了真应力-应变曲线。通过分析真应力-应变曲线和试样的微观组织,得到了如下结论:1 000℃和稍高温度是适于低速率应变下316LN不锈钢加工的温度。

氮对316LN奥氏体不锈钢力学性能和耐蚀性的影响

试验用316LN钢（／％：0．015C、0．65Si、0．90Mn、17．3Cr、12．8Ni、2．6Mo、0．018～0．200N）由50kg真空感应炉冶炼，破真空后加入氮化铬铁，铸锭锻成qb20lnln棒材和热轧成4mm板材，并分别经1100℃30min和10min水淬固溶处理。研究结果表明，316LN不锈钢每增加0．010％的氮，抗拉强度提高9MPa，屈服强度提高7MPa；伸长率降低0．55％，氮含量对断面收缩率没有影响，约保持在72．5％；氮强烈提高316LN不锈钢的耐点腐蚀性能，每增加0．010％的氮，其点蚀击穿电位提高7mV；添加适宜的氮（0．079％N），可以改善316LN不锈钢的耐晶间腐蚀性能，过高的氮含量（超过0．120％N）对晶间腐蚀性能有害。

316LN高氮超低碳奥氏体不锈钢的热变形行为和组织演变

试验的316LN钢(/%:0.011C,0.49Si,1.52Mn,0.016P,0.001S,16.65Cr,13.43Ni,2.18Mo,0.153N)为7.2 t铸锭初轧开坯并锻造成的φ180 mm圆钢。利用Gleeble-3800热模拟试验机研究了316LN钢在应变速率0.1~50 s^(-1)、1 050~1 200℃时的热变形行为和组织演变规律,并通过线性回归分析建立了316LN钢的本构方程。结果表明,变形温度升高有利于动态再结晶的形核,并在热变形过程中促进动态再结晶扩展;热变形过程材料常数α为0.0061,应力指数n为5.543 6,表观激活能550.512 kJ/mol,动态再结晶晶粒数量随着变形温度的增加而增多,到1 200℃变形时发生了完全的动态再结晶。

热轧参数对大口径厚壁316LN不锈钢管组织和性能的影响研究

使用皮尔格管材轧机在不同轧制变形量和轧制温度下热轧生产了大口径厚壁316LN不锈钢管,采用光学显微镜观察了热轧态管材和固溶态管材的显微组织,采用万能试验机测定了固溶态管材的室温拉伸力学性能。结果表明:提高轧制变形量能促进热轧过程中动态再结晶的形核过程,细化动态再结晶晶粒;提高热轧温度能促进热轧过程中动态再结晶的长大过程,粗化动态再结晶晶粒;不完全动态再结晶的热轧管材在固溶热处理过程中会发生已再结晶晶粒的异常长大,产生混晶,降低力学性能;提高轧制变形量和降低轧制温度可以细化固溶态管材的晶粒尺寸,提高力学性能。

316LN热变形行为及动态再结晶晶粒的演变规律

采用热压缩试验研究了316LN不锈钢在温度1250℃-900℃，应变速率0．005s^-1～0．5s^-1，变形程度50％条件下的变形行为和组织演变；分析了变形参数对应力-应变曲线的影响规律，计算获得了该钢热变形应力指数和激活能；并通过动态再结晶晶粒演变规律的研究，建立了该钢热变形动态再结晶图，以及动态再结晶晶粒演变规律模型。研究结果可为316LN不锈钢锻造过程晶粒细匀化的控制提供科学的依据。