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。

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。

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奥氏体不锈钢在预蠕变条件下位错的变化

在320℃（核电主管道APl000近似运行温度）和600℃（液态用核电材料近似运行温度）条件下，分别在20和120MPa的应力下老化500和2000h进行316LN不锈钢预蠕变试验。通过光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）观测预蠕变后试样的微观组织。结果表明：在预蠕变阶段受到温度和应力作用，晶面滑移产生位错以及原有位错发生分解，被激活的位错在同一个平面内沿不同方向滑移移动，相遇时发生反应生成四边形或六边形的位错网络，随着温度以及应力增大位错网络消失。对于硬度变化而言随着温度从320℃升高到600℃时，显微硬度逐渐升高。

316LN奥氏体不锈钢超低温结构件热丝TIG焊工艺研究

本结构件所用材料为316LN奥氏体不锈钢,根据结构件所用板材的规格选用30mm板材进行了热丝TIG焊工艺评定,并根据对照性试验,制定出了合理的焊接工艺,成功完成了该超低温结构件的焊接,同时也为此类材料的热丝TIG焊接提供了解决方案和参考。

固溶热处理后小变形量校形对316LN奥氏体不锈钢性能的影响

采用数值模拟和物理模拟研究了小变形量校形对固溶态316LN奥氏体不锈钢性能的影响,结果表明,通过控制小变形校形的变形量,固溶态316LN不锈钢校形前后各项理化性能均能满足设计要求;小变形量校形后的400℃消应热处理对室温、高温拉伸性能和硬度影响很小;采用数值模拟进行变形计算,采用物理模拟进行等变形试验,是评估316LN不锈钢工件校形后理化性能的可行方法。

316LN奥氏体不锈钢热变形组织研究

在600~1 000℃范围内对316LN管道用钢进行高温拉伸试验,通过光学显微镜以及透射电镜对拉伸组织进行研究。结果表明,在600℃时,晶粒被拉长,晶界处存在位错聚集,未发生动态再结晶。当温度升高到800~1 000℃时,变形晶粒逐渐消失,发生动态再结晶,晶粒尺寸增加,位错逐渐消失。

316LN奥氏体不锈钢晶粒长大倾向性

在不同的加热温度和保温时间下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。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;通过时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。

Ce元素对316LN奥氏体不锈钢高温蠕变性能的影响

采用蠕变持久试验机、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等实验手段,系统研究了Ce元素添加对316LN奥氏体不锈钢(316LN钢)高温蠕变行为和微观组织的影响。结果表明,添加0.032%的Ce元素使316LN钢的蠕变断裂寿命显著提高。在温度为700℃、载荷为150 MPa的条件下,添加0.032%Ce元素的316LN钢蠕变寿命为555.5 h,比不添加Ce元素时的蠕变寿命312.6 h提高了78%。在温度为600~700℃、载荷为150~200 MPa的条件下,未添加Ce元素和添加0.032%Ce元素的316LN钢对应的蠕变应力指数分别为7.64和9.07,蠕变激活能分别为415.3 kJ/mol和454.8 kJ/mol,蠕变门槛应力分别为61.7 MPa和76.6 MPa。蠕变断裂后的微观组织表明,添加0.032%的Ce元素显著促进了蠕变过程中316LN钢晶内Laves相的析出。晶内细小弥散分布的Laves相,在蠕变过程中能够阻碍位错移动,提高基体的蠕变抗力,从而有效改善蠕变性能。

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。

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。

应变速率对低温拉伸316LN奥氏体不锈钢微观组织和力学性能的影响

以两种应变速率(5×10^(-4)s^(-1)和1×10^(-2)s^(-1),分别代表慢速拉伸和快速拉伸)对316LN奥氏体不锈钢板状试样进行低温(-40℃)单轴拉伸实验,借助金相显微镜(OM)、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)及三维形貌轮廓仪分析了拉伸变形过程中的微观组织演变和力学性能变化规律。结果表明,316LN奥氏体不锈钢在低温拉伸条件下发生形变诱导马氏体相变,且马氏体转变量随着应变速率的增加而减少;屈服强度随着应变速率的增加而升高,抗拉强度和延伸率则随着应变速率的增加而降低;拉伸断口形貌均呈现出典型的韧性断裂特征。变形组织均以位错缠结和T-M(Twin-matrix)层片状组织为主,随着应变速率的增加,位错缠结程度加剧,T-M层片状组织的层片间距减小。

固溶温度对316LN奥氏体不锈钢微观组织和高温力学性能的影响

对316LN奥氏体不锈钢进行了不同温度(1020、1050和1070℃)的固溶处理,利用电子万能试验机对316LN奥氏体不锈钢在300℃的高温环境下进行单轴拉伸试验,采用光学显微镜(OM)、透射电镜(TEM)和扫描电镜(SEM)对其微观组织和高温力学性能进行分析表征。结果表明:随着固溶温度的升高,316LN奥氏体不锈钢的晶粒尺寸逐渐增大,析出相逐渐溶解,位错密度降低的同时孪晶数量减少,抗拉强度和屈服强度略有降低,伸长率增加;高温下的拉伸断口形貌均呈现出典型的韧性断裂特征;当固溶温度为1050℃时,试验钢的晶粒尺寸均匀,析出相基本完全溶解,伸长率提高明显;在1050℃固溶保温120 min后,316LN奥氏体不锈钢的强塑性匹配较好。

316LN奥氏体不锈钢的高温流变行为与本构模型

利用Gleeble-3500热模拟试验机对锻造态316LN不锈钢进行了等温热压缩试验,研究了应变速率为0.001~1 s^(-1)、变形温度为1223~1523 K、压缩变形量为65%条件下材料的高温流变行为,建立了流变应力本构模型,并将其应用于Deform-3D软件平台,通过导入新材料数据,考虑界面摩擦等尺寸仿真了热模拟试验结果。结果表明:相同应变速率下,随着变形温度升高,316LN奥氏体不锈钢的压缩应力逐渐减小;相同变形温度下,随着应变速率增加,材料的压缩应力逐渐增大;且在真应力-真应变曲线中,随应变量增大,压应力在后期逐渐达到一个稳定值;考虑界面摩擦因数,并利用Arrhenius本构模型进行变形模拟仿真说明了本构方程和仿真模型的有效性和可靠性,可为316LN不锈钢材料的工程应用提供研究基础和理论依据。

热加工工艺对316LN奥氏体不锈钢晶粒度的影响研究

采用Zeiss Imager金相显微镜观察316LN奥氏体不锈钢微观组织形貌,研究了变形温度、变形率以及固溶温度对其晶粒度的影响。结果表明,随着变形温度和变形率的增加,显著促进了其动态再结晶的发生,有助于获得细化和均匀化的奥氏体不锈钢晶粒。锻造变形后钢板的晶粒度由小到大依次为表面>1/4处>心部,变形温度和变形量分别为1050℃,30%时,变形后的晶粒度可达到6级左右。固溶处理对锻造后的钢板晶粒度控制具有均质化作用,结合Jmat-Pro计算分析固溶处理结果,固溶温度应控制在1020~1040℃范围内,温度过高容易导致晶粒过度长大,温度过低容易导致Cr2N相析出,影响钢板的塑性和耐蚀性能。

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。

445J2超纯铁素体不锈钢和316L超低碳奥氏体不锈钢在溴化锂溶液的点蚀分析

445J2铁素体不锈钢由于高的导热率、低的热膨胀系数以及良好的耐蚀性能使得其作为溴冷机中一些部件的良好候选材料,本文采用电化学测试方法对比研究了445J2超纯铁素体不锈钢(/%:0.01C,22.5Cr,1.9Mo,0.27Nb,0.20Ti,0.09Al,0.36Cu,0.015P,0.001S,0.015N)和316L奥氏体不锈钢(/%:0.002C,16.8Cr,10.19Ni,2.02Mo,0.025P,0.0008S)在20~60℃0.1~1M的溴化锂溶液中的点蚀行为,并采用扫描电镜(SEM)和能谱分析仪(EDS)对电化学结果进行表征。结果表明,随着LiBr温度和浓度的升高,两种钢腐蚀电流密度增大,点蚀电位降低,耐点蚀性变差;氧化物和硫化物夹杂会引起两种钢的点蚀;高含量的Cr以及Mo、Ti、Nb、Al等合金元素使445J2钢具有优异的耐点蚀性能。