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.

国产核电主管道用316LN钢的低周疲劳性能评估

对CAP1400核电机组国产主管道用316LN钢开展室温(25℃)、服役温度(350℃)、500℃和600℃下的低周疲劳试验,得到该钢的循环应力响应特性和迟滞回线,基于RambergOsgood模型和Manson-Coffin模型拟合稳定循环应力幅-应变幅曲线和应变幅-失效反向数曲线,采用ASME锅炉及压力容器规范最佳拟合疲劳曲线和设计疲劳曲线对该钢的低周疲劳性能进行评估。结果表明:316LN钢的循环应力响应过程包含循环硬化、循环软化、稳定循环和最终失效4个阶段;500,600℃下316LN钢发生显著的动态应变时效,350℃下动态应变时效特征不明显,室温下不存在动态应变时效现象;Ramberg-Osgood模型和Manson-Coffin模型可以较好地描述316LN钢的稳定循环应力幅-应变幅和应变幅-失效反向数关系;在室温和350℃条件下316LN钢的疲劳试验数据均高于修订后的最佳拟合疲劳曲线,应变调整系数取2或疲劳寿命调整系数取12的试验数据均高于设计疲劳曲线,低周疲劳性能满足ASME规范要求。

316LN钢的高温本构模型与热加工图

目的研究316LN钢的高温变形行为,确定最佳加工区间并优化工艺参数。方法利用Gleeble热模拟实验机在变形温度为1000~1150℃、应变速率为0.001~10 s^(-1)条件下对316LN钢进行热压缩实验。根据实验数据分别绘制不同变形温度和不同应变速率下的流变应力曲线。在传统Arrhenius双曲正弦关系的基础上,考虑应变量的影响,通过五次多项式拟合建立316LN钢的改进型本构模型,基于动态材料模型及Prasad塑性失稳判据计算得到材料的能量耗散图和流变失稳图,将二者叠加得到316LN钢的热加工图。结果流变应力曲线呈现典型的动态再结晶特征,且随着应变速率的增大和变形温度的升高,316LN钢的压缩应力逐渐减小,耦合应变量的本构模型预测值与实验值的相关系数达0.9888,吻合度较高。通过建立热加工图并对比金相组织发现,316LN钢在“安全区”能量耗散效率较大的区域更容易发生动态再结晶行为。结论高变形温度、低应变速率条件更有利于软化机制的发生,改进型本构模型精度较高,可对316LN钢热变形过程中的流变应力进行准确预测。通过构建热加工图确定了316LN钢的最佳工艺区间:温度为1035~1065℃、应变速率为0.001~0.03 s^(-1)以及温度为1100~1150℃、应变速率为0.035~0.1 s^(-1)。

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。

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。

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。

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。

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。

热老化对316LN不锈钢焊缝冲击性能和显微硬度的影响

核电站主管道奥氏体不锈钢焊缝由于长期在其热老化敏感温度下运行,在服役过程中存在热老化脆化趋向。本文对锻造316LN不锈钢主管道的焊缝在325、365和400℃下15000 h的加速热老化进行试验,并通过TEM研究了焊缝的微观组织变化,采用纳米压入试验和冲击试验对热老化过程中焊缝冲击性能和显微硬度变化进行了研究,使用SEM观察了冲击断口形貌。结果表明:热老化过程中焊缝内铁素体相发生了调幅分解和G相析出;随着热老化时间增加和温度升高,焊缝中铁素体相显微硬度快速增加,奥氏体相未发生改变,焊缝的冲击韧性显著下降。

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。

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。