动态应变时效对18MND5低合金钢材料抗拉性能的影响分析及服役安全评价

18MND5低合金钢凭借其良好的机械性能,被广泛应用于压水堆核电站核岛设备上。针对核岛设备用国产18MND5低合金钢钢板,在性能热处理状态和性能热处理+模拟消应力热处理两种状态下,进行了室温及100、125、150、175、200、250、300、350℃拉伸试验。基于上述试验结果,分析了动态应变时效对不同热处理条件下18MND5低合金钢材料抗拉性能的影响。结果表明,在室温~350℃温度范围内,随着温度的升高,18MND5低合金钢材料的抗拉强度呈先下降后上升的特征,抗拉强度谷值出现在150~200℃,发生了动态应变时效。采用两种热循环制度模拟18MND5低合金钢材料的封头成形工艺,分析了热循环制度对材料抗拉性能的影响。结果表明,18MND5低合金钢材料150℃下的抗拉强度仍低于350℃下的抗拉强度,动态应变时效的影响仍存在;经历热循环后18MND5低合金钢材料的抗拉强度未低于原始材料性能态的抗拉强度。此外,根据RCC-M中设备设计用抗拉强度Su的计算公式,对18MND5低合金钢材料在抗拉强度低谷的服役安全性进行了评价。结果表明,在动态应变时效影响下,18MND5低合金钢材料产生的抗拉强度的谷值仍处于材料安全使用范围内。

一种管板用18MND5型低碳合金钢的N/Al比控制方法的尝试

通过电炉炉后一次性加入足够的沉淀脱氧剂Al块、VD前保证钢液氧含量不大于25×10^(-6)、VD后采用底吹氮气方式调整钢中氮元素含量、铝线微调Al含量的方式控制钢中N/Al值范围达到0.54~0.81,提高铝回收率,降低18MND5型低碳合金钢韧脆转变温度,显著提高钢的低温韧性。

焊后热处理时间对18MND5钢焊缝组织和性能的影响

研究了焊后热处理保温时间对18MND5钢埋弧焊焊缝组织和力学性能的影响。结果表明,在高温1 h、24 h、40 h不同热处理保温时间下,焊缝金属的抗拉强度和屈服强度逐步减小,屈强比变化不明显,冲击吸收能量先提高后有所降低。随着焊后热处理保温时间的延长,焊缝金属中的C元素及合金元素由固溶强化转化为沉淀强化,使抗拉强度降低,冲击吸收能量提高。随着焊后热处理保温时间的过长,C元素和碳化物在晶界处聚集、偏析、粗化,导致抗拉强度和冲击吸收能量降低。

冷辗平及时效处理对18MND5钢筒体试板力学性能的影响

为保证下筒节焊缝见证件辗平后的力学性能与母材一致,在辗平后进行了不同温度恢复母材力学性能的消应退火处理。通过进行力学性能试验,找出合适的恢复母材力学性能消应退火温度。

高性能18MND5核电钢板的强韧化探索

为满足华龙一号堆型中低温设备对Mn-Ni-Mo系钢板的性能要求,通过优化合金成分设计,调整淬火、回火热处理参数等工艺手段,研发出高性能18MND5核电钢板。对试制钢板的试验研究结果表明:适当提高强化元素、加入适量细化晶粒元素Al和微量强碳化物形成元素V,可以得到细小且稳定的显微组织,有利于提高材料强度;选择合理的淬火温度、保证较高的冷却速度,可获得细小的马氏体组织,经回火后钢板获得较好的低温韧性及较低的无塑性转变温度。试制出的高性能18MND5核电钢板可以满足华龙一号堆型中低温设备的设计要求。

18MnD5钢动态再结晶模型研究

利用TMTS热物理模拟机对18MnD5钢试样进行等温恒应变速率热压缩实验,获得材料流变应力和微观组织演变规律。通过分析Zener-Hollomon参数与峰值应变、稳态应变、发生50%动态再结晶时的应变及动态再结晶晶粒尺寸之间的关系,对实验结果进行修正,排除误差较大的实验数据。采用修正后的数据建立高精度的18MnD5钢动态再结晶模型,并利用Deform软件对18MnD5钢进行微观组织演变的模拟分析。

18MND5的焊接性能探讨

通过碳当量、冷裂纹敏感系数、热裂纹敏感系数和再热裂纹系数对18MND5进行了焊接性分析,采用埋弧焊和焊条电弧焊对18MND5进行焊接后,对焊接接头进行无损检测和力学性能试验,结果均满足标准和项目要求;并分析了焊接接头的显微组织,得到了理想的组织。试验结果表明,选用合理的措施和合适的焊接参数,采用埋弧焊和焊条电弧焊均能获得优异的焊接接头,并成功应用于产品焊接。

18MND5的热处理及质量控制

介绍了核电用18MND5大型锻件的制造,对选择的热处理工艺进行阐述,并根据核电相关要求对产品进行质量控制。

核反应堆压力容器用焊条工艺量化评价研究

国产核电堆型“华龙一号”反应堆压力容器采用低合金钢16MND5,对其配套焊条完成了国产化研制。焊条的焊接工艺长期以来依赖焊工经验,难以科学、定量地判定焊条焊接工艺性能的优劣,通过对工艺性能指标定量化评价方法的研究,对新研国产焊条和进口焊条进行了工艺性能量化评测对比,归纳研究影响焊接工艺稳定性的因素,如电弧稳定性、脱渣性、成形外观等,以定量的方法对焊接材料工艺性能指标进行科学评价。从评价结果来看,现有的工艺性能量化评价标准方法可以对焊条焊接工艺性能进行科学的评估,对比评价结果,国产手工电焊条在工艺性能方面与进口焊材相当。通过量化评估,证明了国产焊材实现了从“能用”到“好用”的转变。

1000MW核电管板用纯净钢的冶炼及效果

针对1 000 MW核电管板用纯净钢锻件组织和性能要求的特点,利用合金化原理分析了钢中合金元素的控制原则,对冶炼工艺进行了深入的分析研究,提出了采用电炉+钢包炉+真空浇注的冶炼工艺方案,以及在真空浇注过程中严密保护防止二次氧化的工艺思路。实践证明,管板钢达到了纯净钢的要求;经锻造、热处理等工序,管板性能达到了预想的效果。

核电设备用埋弧焊焊剂CHF703HR1的研制

研制了一种适用于核电设备埋弧焊用烧结焊剂CHF703HR1,渣系为氟碱型CaF_2-MgO-Al_2O_3-SiO_2,碱度为2.4。使用该焊剂配合焊丝CHW-SEF3HR1焊接18MND5钢板,工艺性能优良。在3种焊后热处理条件下,熔敷金属力学性能优异,熔敷金属扩散氢含量小于4.0mL/100g,完全满足设计要求。焊后热处理保温16h时,熔敷金属的综合性能达到最优值。

华龙一号核电反应堆蒸汽发生器大锻件热处理实践

材料为18MND5钢的三代华龙一号核电反应堆蒸汽发生器用大锻件,要求比同种钢制造的二代加核电大锻件具有更好的力学性能。对三代华龙一号核电反应堆蒸汽发生器用18MND5钢上、下封头及筒体和管板大锻件进行了热处理实践。由于在材料化学成分控制、热处理工艺及装备等方面采取了有效措施,因此2015年以来,已生产三代华龙一号核电蒸气发生器主设备用18MND5钢大型锻件40余件,均为一次热处理合格,锻件力学性能良好且较均匀。现有的热处理技术及装备可确保稳定生产华龙一号蒸汽发生器用大型锻件。

ASME和RCC-M材料标准介绍与比较

文章介绍了美国锅炉及压力容器规范(ASME)和法国压水堆核岛机械设备设计建造规则(RCC-M)中材料标准的结构、内容和使用方法,并以蒸汽发生器管板锻件材料为例,比较了ASME和RCC-M材料标准对管板锻件材料SA-508Gr.3Cl.2和18MND5的技术条件要求,同时结合三代核电项目和两代半核电项目实际采购技术条件要求,提出对编制材料采购技术条件的建议,为后续项目材料采购提供借鉴。