316LN不锈钢真空电子束焊接工艺试验

本文对30mm的316LN不锈钢进行了真空电子束焊试验。随后对典型工艺参数下焊缝组织在常温及77K低温下焊接接头的力学性能进行了研究。微观组织SEM观察的结果表明,316LN的电子束焊接接头均不同程度地出现了气孔。力学性能测试结果表明,77K下接头的强度系数为83%,室温下接头的强度系数则达87%。此外,显微维氏硬度测试结果表明,接头区硬度约为母材的80%。

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。

含硼粉末冶金316LN不锈钢组织与性能的研究

研究了硼元素对316LN不锈钢的组织与力学性能的影响。结果表明,硼元素的添加大幅度提高了不锈钢的力学性能,硼元素可与不锈钢中的铬钼合金元素反应生成硼化物硬质相,通过固溶强化显著提高了不锈钢的强度和硬度。随着硼含量增加,316LN不锈钢的硬度增大。当硼含量0.4%时,烧结态和热处理态的316LN不锈钢的硬度最大,分别为82.3 HRB和97.8 HRB;烧结态和热处理态试样抗拉强度达到最大值,分别为542 MPa和639 MPa。

316LN钢多道次变形条件下的动态再结晶行为

通过高温热力学模拟实验,研究了大型核电主管道用钢316LN在应变速率0.01s-1,温度1200℃～1150℃、1100℃～1050℃、1000℃～950℃双道次变形条件下的高温变形行为,得到了该钢种在多道次变形条件下的流动应力曲线。通过对热模拟试样高温淬火后显微组织的研究分析,得到了多道次变形条件下的动态再结晶规律和组织控制规律。

核电主管道用钢316LN高温变形性能研究

通过热力学模拟实验,研究了316LN钢在900～1200℃、应变速率为0.01～1s-1变形条件下的高温变形性能,得到了其在大型锻造件生产条件下的流动应力曲线。通过对实验数据进行多元线性拟合,建立了316LN钢的动态再结晶模型。通过变形试样淬火后显微组织的研究分析,验证了所建立模型的正确性。比较了动态再结晶对电渣重熔钢锭和真空浇铸钢锭晶粒细化效果的差异,从而初步确定了316LN钢合理的锻造工艺区间。

热老化对核级316LN锻造控氮奥氏体不锈钢微观组织及性能的影响

研究了热老化对核级316LN锻造奥氏体不锈钢的位错组态、电阻率及显微硬度的影响规律。结果表明,随着热老化的进行,奥氏体基体中位错密度总体下降,而始于晶界向晶内延伸的扩展位错数量增多且宽度变窄,其中,固溶态的扩展位错宽度约为1.0 m,热老化5 000 h后约为0.2 m。分析认为,碳原子在晶界及其附近微区的偏聚是引起位错亚结构变化的主要原因;电阻率随热老化时间的延长、检测温度的升高而增大,且热老化5000h后电阻率随温度的增长速率高于固溶态;晶内和晶界处的显微硬度值随热老化的进行均有所升高,二者之间显微硬度的差值逐渐增加。

316LN钢奥氏体晶粒长大模型

通过改变加热温度和保温时间研究核电主管道用钢316LN奥氏体晶粒的长大规律。结果表明,随着加热温度的升高和保温时间的延长,实验钢奥氏体晶粒尺寸逐渐增大,且加热温度为1 200℃保温2h时出现混晶现象。奥氏体平均晶粒尺寸变化曲线表明,与保温时间相比,加热温度对晶粒尺寸的影响更大。对实验数据进行非线性回归,建立了描述316LN钢奥氏体晶粒长大规律的数学模型;通过对比实验值与计算值验证了模型的精度和可靠性。研究结果对确定316LN钢始锻温度和制订加热规范具有指导意义。

316LN钢裂纹萌生的临界损伤值

利用Gleeble-1500D热力模拟试验机,对316LN钢进行变形温度为950℃～1200℃,应变速率为0.005s-1、0.05s-1、0.5s-1和1s-1的高温拉伸实验,得到不同变形条件下的真应力-真应变曲线;根据曲线做拉伸卸载实验,利用光学显微镜(OM)观察空洞萌生,确定空洞萌生应变。采用Normalized Cockcroft&Latham准则,用DEFORM 2D模拟高温拉伸变形过程,通过实验与数值模拟结果对比,得到了在不同变形条件下裂纹萌生的临界损伤值。该临界损伤值受温度和应变速率的影响,随着温度的降低而增加,随应变速率的增加而增加。该值的确定,对316LN钢锻造裂纹的预测及锻造工艺的制定具有指导意义。

316LN钢高温流动应力与动态再结晶模型

利用Gleeble热模拟压缩实验，研究316LN奥氏体不锈钢在温度950℃～1250℃、应变速率0．001s-1～1．0s-1下的高温变形特征，并测得相应的流动应力曲线。对实验数据进行计算拟合，建立加工硬化一动态回复和动态再结晶“两阶段”高温流动应力模型、动态再结晶百分数及晶粒尺寸模型。将所建模型写入有限元软件进行数值模拟，其结果与实验吻合，说明该模型准确可靠，可用于316LN热变形过程的数值模拟。

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。

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。

国产316LN不锈钢在模拟AP1000一回路水环境中的疲劳行为

一回路水环境下的疲劳性能是核电站主管道设计寿命评估的重要参数。针对国产主管道材料316LN开展了模拟AP1000一回路水环境的低周疲劳试验,分析了疲劳行为和失效机理。研究结果表明:国产316LN峰值应力随应变幅的增大而增大,大应变幅试样在疲劳过程中先后发生了循环硬化、循环软化和失稳,而小应变幅试样在失稳前未发生明显的循环硬化和循环软化;在应变幅由0.2%逐渐增加至1.2%的过程中,疲劳周次从105逐渐降低至102;疲劳断口具有典型的疲劳断口特征,裂纹萌生于试样表面,以穿晶方式垂直于主应力方向扩展,裂纹扩展区具有典型的疲劳辉纹,辉纹上有菱形颗粒状腐蚀产物,环境辅助开裂机制倾向于氢致开裂。

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。

热老化对316LN不锈钢焊缝微观组织和显微硬度的影响

开展了核电站主管道316LN焊缝在325℃、365℃和400℃下15000h的加速热老化试验。通过TEM和HRTEM研究了不同热老化温度下焊缝的微观组织演变，采用纳米力学探针对热老化后焊缝中铁素体相和奥氏体相的显微硬度进行了测定，结果表明：经325℃、365℃热老化15000h后焊缝中的铁素体都发生了调幅分解，而在400℃下热老化1000h后焊缝铁素体已经发生了调幅分解和析出了G相；长期热老化导致铁素体相塑形变形能力不断下降，显微硬度快速增加，而奥氏体相的显微硬度未发生改变；以铁素体显微硬度值作为热老化程度指标，利用Arrhenius方程得出了316LN焊缝在325～400℃内的热老化激活能约为93．1kJ／mol。

焊后热处理对316LN焊接残余应力的影响

为了研究焊后热处理对316LN焊接残余应力的影响,设计了拘束应力试验件并制定了热处理工艺方案,通过盲孔法测定热处理前后焊接残余应力值,并进行了对比分析。结果表明（920±10）℃×1h和（400±10）℃×（2~3）h均可以很好地减少316LN焊接残余应力,尤以（920±10）℃×1h去应力效果最为显著。

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。

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。