示范快堆中间热交换器材料316H钢钠中老化行为研究

316H钢是中国示范快堆中间热交换器的主要材料,随着运行时间的增加,其老化效应不断累积。为探索316H钢在示范快堆中间热交换器运行工况下的老化行为,此研究分别在353℃和535℃静态钠条件下对316H钢管材和板材试样进行了1000~8000 h的相容性试验,并对试验后的样品开展微观表征、腐蚀速率测量以及力学性能测试等分析。结果显示:353℃条件下试样几乎不发生腐蚀现象,而在535℃条件下,高温加速了扩散使得材料的老化行为显著,随着试验时间的增加,材料在钠中的腐蚀转为稳态阶段。研究表明:316H钢在钠中的老化行为受到钠的温度、浸泡时间以及材料制造工艺等因素影响,在低氧低碳的低温钠环境中有较好的抗老化能力,在温度相对较高、时间较长的钠环境中存在老化迹象。

探究温度对316H不锈钢高温拉伸性能的影响

对奥氏体不锈钢316H在不同温度下的高温拉伸性能进行试验。温度升高使得316H不锈钢内部原子运动速度加快,晶格结构变得疏松,原子间距离增加,抵抗变形能力降低。试验温度从350℃增加到650℃,316H不锈钢的规定塑性延伸强度和抗拉强度均呈现持续下降趋势,相比常温下的拉伸性能,316H不锈钢650℃时的规定塑性延伸强度降低了49%,抗拉强度降低了33%。温度的增加使得316H不锈钢强度显著降低。

ASME规范316H不锈钢高温蠕变本构方程解析与讨论

ASME 2021版规范提供了316H不锈钢的高温蠕变本构方程。基于正确使用本构方程进行高温设备应变和蠕变损伤评价的目的,本文解析了其各项的物理意义,分析了其关键参数对温度和应力的敏感性,对比了其预测值与ASME规范等时应力应变曲线数据。结果表明:该本构方程由快速瞬态、瞬态和稳态蠕变项来描述蠕变第一、第二阶段,其适用性受蠕变第三阶段起始时间和应力范围的限制,同时方程中快速瞬态蠕变速率常数存在勘误;方程在1 000℉(华氏温度)下所得应变较规范等时应力应变曲线更大,致使应变预测结果相对保守。因此,在满足ASME规范316H不锈钢高温蠕变本构方程适用性的前提下,可采用其评价高温设备在950、1 050、1 150℉下的结构完整性,而1 000℉下的相对保守。

316H不锈钢蠕变-疲劳缺口效应及损伤考核准则分析

通过开展光滑试样和不同V型缺口试样载荷控制下的蠕变-疲劳试验,研究了载荷水平、保载时间、缺口尺寸对316H不锈钢在600℃试验温度下蠕变-疲劳寿命的影响及缺口效应,探讨了ASME BPVC III-NH卷中316不锈钢蠕变-疲劳考核准则对于316H缺口试样的适用性。结果表明:316H不锈钢蠕变-疲劳寿命在短时保载下表现出缺口削弱作用,长时保载下表现出缺口强化作用;随着保载时间的增加,可观察到断口处裂纹扩展区凹坑和凸起变多,瞬断区韧窝变大变深;根据现有的试验结果,ASME规范中316不锈钢蠕变-疲劳考核准则适用于缺口构件。

316H在NaCl-KCl-MgCl_(2)熔盐中的腐蚀行为

采用静态腐蚀和动态腐蚀相结合,系统研究了316H(不锈钢)在700℃氯化物熔盐中的腐蚀行为。结果表明:静态腐蚀1000 h后,316H在未净化熔盐中表现为明显的晶间腐蚀,腐蚀深度约80μm;在净化熔盐中,316H腐蚀较弱,腐蚀后试样表面有厚3μm的贫Cr层。动态腐蚀后,试样表面贫Cr层厚约6μm。在氯化物熔盐中添加金属Mg可以有效抑制316H的晶间腐蚀。

核电用超纯奥氏体不锈钢316H电渣重熔氢含量控制

为研究电渣重熔过程氢含量控制影响因素,电渣重熔生产Φ590 mm电渣锭时试验了4种不同组成的电渣渣系,同时电渣重熔过程配合氩气保护。通过试验不同渣系组成及不同氩气流量下保护气氛,最终确定电渣重熔在w(CaF_(2))∶w(Al_(2)O_(3))∶w(CaO)=60%∶30%∶10%组成渣系下,采用40 L/min的氩气流量控制,可使Φ590 mm电渣锭成品氢含量控制在5×10^(-4)%以下。

板材厚度对316H不锈钢理化性能的影响

对比7种厚度316H不锈钢板材的化学成分、非金属夹杂物、铁素体含量、晶粒度、晶间腐蚀、室温拉伸、高温拉伸、布氏硬度、夏比冲击9项理化性能指标数据,对同一张钢板的均匀性和不同厚度钢板的差异性进行分析,得到316H不锈钢板材性能参数的基础数据,为工业设备选用材料提供参考。

316H奥氏体不锈钢晶间腐蚀试验评价方法研究

本文通过电子探针显微分析和金相微观检测方法,研究了316H奥氏体不锈钢晶间腐蚀试验弯曲裂纹微观特征。结果表明:该裂纹为钢板表面原始裂纹,非晶间腐蚀裂纹。晶间腐蚀弯曲试样出现裂纹,不能作为晶间腐蚀评价的唯一判据,应进行补充金相等微观检测后综合评价。

模拟焊后热处理对316H钢组织和性能的影响

以316H奥氏体耐热钢为研究对象,采用光学显微镜、扫描电镜和透射电镜,研究了模拟焊后热处理温度对奥氏体耐热钢组织及性能影响。研究结果表明,随着模拟焊后热处理温度升高,材料内部位错密度降低,造成材料的常温及短时高温强度降低;而晶界析出相的数量同样随着温度的升高而减少,其形状也由长条状过渡至短棒状乃至颗粒状,并最终不再析出,材料的常温韧性提高,但由于析出相钉扎晶界作用的逐渐消失,晶粒开始长大,进一步造成材料常温及短时高温强度的降低。

运行工况下固态堆芯基体的高温力学响应

热管冷却反应堆是核反应堆电池的首选堆芯之一,热管堆固态堆芯高温膨胀的力学性能需要引起重视。为了获得热管冷却反应堆316H不锈钢基体在高温下的力学变化,以MegaPower作为分析对象,采用开源蒙特卡罗程序(OpenMC)和商用有限元计算软件ANSYS Mechanical,对反应堆满功率运行工况进行了热力耦合分析。结果表明:1)在满功率运行水平,堆芯基体会产生显著的温度集中和热应力集中,燃料和基体的峰值温度分别为1 023 K和970 K,基体的最大热应力为49.5 MPa;2)在高温蠕变的效应下,基体的应力会显著降低,应力分布趋于均匀;3)在堆芯运行过程中,基体等效总应变只有微小变化,而等效弹性应变的减少和等效蠕变应变的增加几乎是同步且等量进行的。

316H不锈钢动态再结晶动力学模型计算方法

采用热压缩实验对316H不锈钢在变形温度为800~1250℃、应变速率为0.001~0.1 s^(-1)条件下的动态再结晶行为及模型化进行了研究。结果表明,相同应变条件下,随着应变速率的升高和变形温度的降低,动态再结晶分数和再结晶晶粒尺寸均减小。应变达到最大值0.69时,ln Z<24的试样均发生了完全动态再结晶,其余试样均处于部分动态再结晶状态。通过分析动态再结晶演变规律,提出了取最大压缩应变处的再结晶分数值作为参考值来表征不同应力软化程度下的动态再结晶分数的计算方法,并取本实验真应变为0.69处的再结晶分数作为参考值,建立了316H不锈钢的再结晶分数模型。对比分析表明,该方法不仅可以获得更多用于建立动态再结晶分数模型的有效数据,而且所建立模型的精度也较高。

考虑热塑性变形的316H不锈钢Johnson-Cook本构参数逆向识别

本构模型能表征材料变形过程中的动态响应,其精度对机械加工中切削力、切削温度的解析预测具有决定性作用。针对316H不锈钢本构模型缺失问题,提出一种基于切削理论的Johnson-Cook本构参数逆向识别方法。通过建立的不等分主剪切区的应力、应变、应变率及温度分布的数学模型,以及准静态压缩试验和正交切削试验的数据,采用粒子群算法逆向识别出316H不锈钢的本构参数。切削力预测模型验证了该逆向识别方法的可行性和本构模型的可靠性。

热处理工艺对316H不锈钢中厚板力学性能影响研究

采用扫描电镜对316H钢中厚板冲击、拉伸试样断口进行观察,结果表明,冲击不合和屈服强度较低试样断口形貌均为脆性断裂,因断口上有大量富铬钼的σ相,严重影响了钢的塑性、韧性。分析了钢板在轧制及热处理过程中可能出现σ相的环节,对钢板热轧后的冷却速率,钢板固溶过程中的加热速度、保温温度、保温时间进行了一系列调整,调整工艺后生产的316H不锈钢中板厚度方向不再析出σ相,各个位置力学性能满足要求。

刀具角度对316H不锈钢切削温度影响的仿真研究

316H不锈钢导热系数小、塑性变形大,切削时容易引起较高的切削温度。建立了316H不锈钢切削仿真模型,运用正交试验确定了切削仿真方案。通过对仿真结果极差分析和方差分析,研究了刀具角度对316H不锈钢切削温度的影响规律。结果表明,刀具角度对316H不锈钢切削温度的影响显著性为前角>主偏角>刃倾角。

316H堆焊UNS N10003合金参数优化、组织和硬度的研究

研究异种合金焊接可以降低熔盐堆结构材料的成本并确保其安全性,本文采用钨极氩弧焊(GTAW)工艺,在316H不锈钢表面堆焊一层耐高温熔盐腐蚀的UNS N10003合金,优化了焊接工艺参数,通过光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、维氏硬度计等研究了堆焊层及界面的形貌、组织和硬度,为进一步研究多层、多道堆焊提供理论依据。研究结果表明:当电流一定时,稀释率随送丝速度的增加而减小,堆焊层高度随送丝速度的增加而增加,当送丝速度一定时,改变电流大小,堆焊层高度的变化范围为0.2~0.5 mm。堆焊层界面处可以细分为对流混合区(WM)、非对流混合区(UZ)和热影响基体区(BM)。堆焊层主要为奥氏体组织,在WM区有大量富Mo的M2C碳化物析出,UZ区的析出相主要是δ铁素体;316H基体区和WM区硬度分别为(160±10)HV和(202±11)HV,在γ基体的枝晶界上分布着尺寸细小的骨架状碳化物导致WM区硬度升高。

316H奥氏体不锈钢焊接接头裂纹失效分析

针对316H奥氏体不锈钢焊接接头出现裂纹的现象,对316H钢母材和热影响区的金相组织进行了观察。结果表明,材料组织不均匀且有夹杂物,晶界处有析出相。同时测试了裂纹附近材料的硬度,分析了裂纹产生的原因。焊接接头裂纹失效的分析为改善316H钢焊接质量提出了相应的措施。

316H钢锻后固溶处理混晶缺陷产生原因与控制策略

针对316H奥氏体不锈钢锻后固溶处理混晶缺陷产生的原因进行了研究,结果发现当固溶温度过高或材料内部存在非均匀变形储能时,在固溶处理中极易出现混晶缺陷。对退火态316H钢在高温条件下的晶粒长大行为进行了系统性研究,结果发现,316H钢在1020~1040℃范围内保温时晶粒长大速率增长较为平缓,而在高于1040℃保温时则出现了晶粒急剧长大的现象,故确定固溶处理温度应在1020~1040℃之间。提出了通过消除非均匀变形储能方法主动控制混晶的策略,采用在固溶处理前对材料进行940℃左右预退火处理的方法,有效地消除了316H钢内部的非均匀变形储能,最终使316H钢的晶粒度达到了3.5级以上的工程要求。

晶粒尺寸对316H奥氏体不锈钢550~650℃360~165 MPa持久性能的影响

研究了316H奥氏体不锈钢28 mm板晶粒尺寸对550~650℃360~165 MPa持久性能的影响,分析了断裂机理。在温度550℃、应力360 MPa和335 MPa条件下,小晶粒尺寸(44.5μm)钢板的持久断裂时间仅为大晶粒尺寸(89.6μm)钢板的48.92%和51.98%,持久断裂由晶界处楔形裂纹引起,晶粒尺寸对持久性能影响较大,较高的应力会使得晶粒尺寸对持久性能的影响进一步加大;而在温度650℃,应力165 MPa条件下,44.5μm小晶粒钢板的持久断裂时间达到89.6μm大晶粒钢板的91.35%,持久断裂则由晶界空洞的形成长大相互连接引起,晶粒尺寸对持久性能影响较小。

切削参数对316H不锈钢切削力影响的仿真研究

316H不锈钢由于其低热导率、高强度、高延展性和高加工硬化的特性,使其切削加工较为困难。为了探索切削三要素对切削力的影响规律,建立了车削316H不锈钢仿真模型并运用正交仿真实验进行研究。使用了极差分析法和方差分析法分析,并最终得到了影响切削力主次顺序的不同切削参数,给出了最小切削力下的最合理的切削参数。

核电用超纯316H奥氏体不锈钢锻件的质量控制

通过对成分计算、熔炼工艺和电渣渣系分析、均质化退火工艺试验等方法,对20 t EAF-A0D-LF-VD-φ430 mm电极-φ590 mm ESR锭-均质处理-φ310 mm锻材流程生产的核电用钢超纯316H工艺进行研究。当成分(/%)满足0.042~0.047C,≤0.55Si,1.60~1.80Mn,17.00~17.30Cr,12.20~12.40Ni,2.50~2.60Mo,≤5×10^(-6)H,≤30×10^(-6)O,0.055~0.070N时,将φ430 mm电极采用CaF_(2):Al_(2)O_(3):CaO=60%:30%:10%渣系电渣成φ590mm锭,在1200~1250℃经过30h均质化处理后,能够生产出符合标准的产品,实物夹杂物级别为A,C0级,B_(细)0.5级,B_(粗)0级,D_(细)1.0级,D_(粗)0~0.5级,D_(s)(0~0.5)级;铁素体含量≤0.5%。