电渣重熔-等离子旋转电极雾化制备高品质316H奥氏体不锈钢粉末

首先采用电渣重熔法熔炼316H奥氏体不锈钢母合金,随后采用等离子旋转电极雾化(PREP)法制备了球形316H奥氏体不锈钢粉末。利用氧氮分析仪、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、霍尔流速计和激光粒度分布仪等研究了粉末的氧含量、形貌、相结构、流动性、松装密度、振实密度及粒度分布。结果表明:电渣重熔制备的316H奥氏体不锈钢母合金全氧含量为20×10^(-6),铸锭成分均匀;等离子旋转电极雾化法制备的316H奥氏体不锈钢粉末全氧含量为70×10^(-6),粉末粒度呈现双峰分布,细粉收得率高,粒径为15~150μm的粉末占比近80%,粉末粒径分布范围广、球形度高、卫星粉少。粉末表面基本为胞状晶,截面为均匀的枝晶组织,为单一的γ-Fe相结构。制备态粉末的霍尔流速、松装密度和振实密度分别为14.83 s·50^(-1)g^(-1)、4.725 g·cm^(-3)和5.401 g·cm^(-3)。粗粉和细粉质量分数各占一半时,粉末的霍尔流速为12.91 s·50^(-1)g^(-1),小于初始粉末的霍尔流速,提高了粉末的流动性能。长时间的真空储存能降低粉末的带电性能,进而降低粉末颗粒之间排斥作用,可进一步提高粉末流动性。粗、细粉之比为7:3时,粉末的填充性能最好,填充率高达70.6%。

渣系组元对电渣重熔核级316H不锈钢中氢含量的影响

在电渣重熔的过程中,钢中气体成分(如H、O、N等)的含量受所用渣系的气体渗透率影响显著。为了探索出一种适合核电用316H不锈钢的低氢渗透率的电渣重熔用渣系,测定了5种电渣重熔渣系的氢渗透率。研究结果表明,新开发的63%CaF_(2)-30%A_(l)2O_(3)-7%MgO渣系的氢渗透率最低。同时65%CaF_(2)-30%A_(l)2O_(3)-5%MgO渣系的氢渗透率与之较为接近,并且这两种渣系的氢渗透率与钢厂电渣生产所用原渣系60%CaF_(2)-20%A_(l)2O_(3)-20%CaO的氢渗透率相比均有明显降低,分别由6.58×10^(-6) mol/(cm·min)降至1.89×10^(-6) mol/(cm·min)和2.18×10^(-6) mol/(cm·min)。熔渣的光学碱度越大,氢渗透率也越大。渣中的CaO有较大的水容性,在电渣重熔过程中容易使钢锭中的氢含量升高,渣系中MgO的添加能够显著地降低氢渗透率。在研究条件下,渣系的组元对渣系的氢渗透率的影响比光学碱度更为显著。

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。

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。

金相法判定316H奥氏体不锈钢焊缝晶间腐蚀

针对316H奥氏体不锈钢焊缝的晶间腐蚀敏感性试验中弯曲裂纹难以判定有否晶界受蚀倾向的情况,采用金相法进行判定。通过对316H奥氏体不锈钢焊缝的金相显微组织、晶间腐蚀敏感性的微观观察和检测,分析不同工艺处理后316H奥氏体不锈钢焊缝金相显微组织和晶间腐蚀敏感性。结果表明,316H奥氏体不锈钢焊缝组织均为奥氏体+铁素体;且不同工艺处理的316H奥氏体不锈钢的晶间腐蚀程度也不同,其中,经晶间腐蚀工艺处理后试样的晶间腐蚀敏感性较焊接态和敏化态更明显,但晶间腐蚀程度均在允许的范围内。

核级阀门316Ti奥氏体不锈钢波纹管与F6NM马氏体不锈钢法兰焊后的组织与性能研究

文中研究了用于阀门的316Ti不锈钢波纹管与F6NM马氏体不锈钢法兰焊接后其焊接接头在焊态和焊后热处理(PWHT)的微观组织和力学性能。结果表明,焊态和焊后热处理态,焊缝均成形良好,无裂纹及其他明显的缺陷,热处理后焊缝金属及HAZ区晶体晶粒大小一致,且分布比焊态更加均匀;焊态下焊缝金属的平均硬度约为HV0.1170,略高于PWHT态下焊缝金属的硬度,焊后热处理热影响区的平均硬度约为HV0.1360,比焊态的硬度高;焊后热处理可以大幅降低波纹管膨胀节的残余应力,但对其内部组织结构和硬度不产生影响。

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。

关于316H耐热不锈钢的焊接实践

通过对316H奥氏体耐热不锈钢的焊接性分析,进行了焊接工艺评定;通过合理的焊接工艺保证了再生器的焊接质量。

耐热不锈钢管TP316H的焊接工艺

本文通过对某年产2万吨多晶硅工程项目合成装置转化系统TP316H耐热不锈钢管道化学成分分析,评定管道焊接工艺,从而制定了正确的焊接施工工艺,保证了该项目TP316H耐热不锈钢管道的焊接质量,为类似的管道焊接提供了技术工艺参数,具有很好的推广应用价值。

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。

超低碳控氮奥氏体不锈钢电渣重熔工艺实践

采用EBT→LF→VOD→ESR冶炼工艺方案,完成2个炉次,直径1100 mm超低碳控氮奥氏体不锈钢F316电渣锭的工艺试验,结果表明:电渣锭化学元素均匀,纯净度高,能满足核电超低碳控氮奥氏体不锈钢的制造需求。

F316奥氏体不锈钢热变形行为与动态再结晶机制

采用等温压缩实验,系统探究了F316奥氏体不锈钢在不同变形量(10%~50%)、变形温度(960~1120℃)和应变速率(0.1~1s^(-1))下的热变形行为与动态再结晶机制。研究表明,F316奥氏体不锈钢的动态再结晶以弓出形核为主要形核方式,应变速率增加和变形温度降低均会导致动态再结晶体积分数和再结晶晶粒尺寸逐渐减小。通过结合Arrhenius方程和Zener-Hollomon参数,成功建立了F316奥氏体不锈钢的流变应力本构方程,其变形激活能Q确定为491.54k J/mol,峰值应力随着变形温度的升高和应变速率的降低而显著增大。通过引入应变条件的影响,可对流变应力本构方程进一步优化,最终成功实现对F316不锈钢流变应力曲线的良好预测。

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。

一级应变硬化F316奥氏体不锈钢的高温蠕变性能

研究了在200MPa应力下一级应变硬化F316奥氏体不锈钢在650℃、680℃和700℃的蠕变性能和蠕变断裂行为。结果表明:在200MPa恒定应力下蠕变温度越高其蠕变寿命越短,稳态蠕变速率越大,由应力加载引起的瞬时应变越大。蠕变断裂方式主要为韧性断裂。蠕变孔洞主要分布在三叉晶界等脆弱部位,距离断口越远试样中孔洞的平均尺寸和孔洞面积百分比越小。在与断口距离相同的位置上,随着蠕变温度的提高蠕变孔洞的平均尺寸和面积百分比均明显增大。与未预应变的F316不锈钢相比,具有高密度孪晶的一级应变硬化F316不锈钢具有更大的蠕变抗力。分别基于Larson-Miller参数法和θ参数法外推计算了350℃/200MPa下的蠕变寿命,θ参数法的拟合曲线与实际蠕变曲线吻合得较好。根据Larson-Miller参数法和θ参数法,探讨了350℃/200MPa下一级应变硬化F316奥氏体不锈钢长期服役蠕变可靠性。

C、N含量对钠冷快堆热交换器用316H奥氏体不锈钢组织和性能影响

316H不锈钢是我国四代先进钠冷快堆热交换器主体结构材料,获得C、N等关键微量元素的合理控制限是实现其国产化制造的前提。但是ASTM标准对316H合金中C的要求控制范围较宽,难以兼顾合金的耐晶间腐蚀和焊接性能,尤其对C极易出现偏析的大尺寸管板、法兰等部件。此外,该标准也并未给出N的控制范围。试验研究了C、N含量对合金的晶粒度、室温和580℃拉伸性能、室温冲击韧性和耐晶间腐蚀性能的影响。结果表明,C含量在0.04%~0.06%变化时,316H不锈钢晶粒度、拉伸性能、冲击韧性变化并不明显。尽管该范围的C含量合金热轧板材具有良好的耐晶间腐蚀性,但随着C含量的增加,合金腐蚀速率有所提高。N含量在0.05%~0.07%变化时,316H不锈钢晶粒度、拉伸性能、冲击性能变化并不明显,耐晶间腐蚀速率随着N含量的增加有降低的趋势。基于上述结果,综合分析并确定了工程化制造的大尺寸316H不锈钢部件C和N含量的推荐控制限,即C 0.04%~0.05%,N 0.06%~0.07%。

大型奥氏体不锈钢锻件的晶粒尺寸控制

针对大型F316H奥氏体不锈钢锻件塑性变形抗力大,锻造工艺不当易导致开裂、粗晶和混晶等难题,开展晶粒粗化实验、高温拉伸和高温压缩实验,以研究材料晶粒的长大规律、热塑性及临界变形量对动态再结晶的影响。实验结果表明:当变形温度高于1050℃时,晶粒尺寸随着保温时间的延长不断增大,变形温度越高,晶粒尺寸长大趋势越明显。随着变形温度的升高,材料的抗拉强度逐渐变小,塑性抗力逐渐减小。同一变形温度下,随着变形程度的增加,动态再结晶程度随之增大。相同变形量下,随着变形温度的升高,动态再结晶更充分,晶粒尺寸更为细小,晶粒数量大幅增加。根据实验结果制定了直径为Φ5800 mm的管板锻件的锻造工艺,经实际生产验证,取得了较好的实施效果。

核电阀门用不锈钢热变形行为研究及应用

针对大型特厚F316H不锈钢阀门锻件易出现粗晶、混晶和探伤无底波等难题,对其高温下的流变行为进行了研究,以探索最佳的热加工变形工艺参数来指导实际生产应用。采用Gleeble-1500D热模拟试验机,在应变速率为0.001~1 s^(-1)、变形温度为950~1250℃条件下开展了热压缩变形试验。基于Arrhenius模型,建立了高温流变应力本构方程,并计算得到热变形激活能为393.857 kJ·mol^(-1)。基于DMM动态材料模型,建立了应变量为0.8的热加工图,在变形温度为1100~1150℃、应变速率为0.005~0.01 s^(-1)时,功率耗散因子达到峰值,结合微观金相分析,该变形条件下晶粒发生了充分的动态再结晶,可作为热加工的主加工区域。结合热加工图,设计了核电不锈钢阀体锻件(规格为12寸)的锻造工艺,并经生产验证得到了晶粒度、无损探伤和力学性能优异的锻件。