SA508-Gr.3钢变参数回火焊道焊接接头组织与性能研究

针对满足核级标准要求的SA508-Gr.3钢,采用变参数回火焊道焊接技术在母材上使用自动TIG焊焊接工艺进行平板堆焊,然后对焊接接头热影响区的组织和性能进行研究。试验结果表明,通过变参数回火焊道技术获得的焊接接头热影响区的粗晶区和临界粗晶区均能够得到综合性能较好的回火索氏体组织,热影响区显微硬度整体低于300 HV,而热影响区各分区-20℃下冲击吸收能量平均可达170 J,这与采用同参数调质模式的回火焊道技术获得的焊接接头热影响区的相应数据是相当的。

核压力容器用SA508Gr.3钢的研究进展

核反应堆压力容器是核电站重要组件且具有在全寿命周期内不可更换的特殊性。第二代核压力容器用钢在其焊缝中发现了再热裂纹,已不能够满足使用需求。因此,在此基础上通过添加Mn元素,减少Mo和Cr元素改进设计了SA508Gr.3钢,它具有高强度、高韧性和低辐照脆化敏感性等特点,目前广泛应用于核电压力容器、蒸发器和稳压器等核心构件。本文总结了SA508Gr.3钢的研究进展,重点介绍了合金元素、热处理工艺对其显微组织和力学性能的影响,并详细介绍了SA508Gr.3钢的抗辐照性能。根据核压力容器的服役环境,详细分析了热时效对SA508Gr.3钢显微组织及力学性能的影响机理。随后,总结了显微组织演化对其疲劳性能、疲劳裂纹萌生及疲劳裂纹扩展的影响机制。最后,展望了核压力容器的发展方向和需要进一步研究的内容,为提高SA508Gr.3钢的综合性能和研发下一代核电用钢提供参考。

基于应变补偿的SA508-3钢本构模型修正

在Gleeble1500D热模拟试验机上开展了SA508-3钢的热压缩试验,研究了该材料的热变形行为。试验参数为温度800~1200℃,应变速率0.001~1 s^(-1),变形量45%。根据应力-应变曲线数据,采用应变补偿法建立了SA508-3钢的修正本构模型。该模型是在综合考虑变形温度、应变速率对流变应力影响的Arrhenius本构模型基础上,引入应变对模型中各参数的影响得到的。通过对比修正本构模型的应力预测值与试验真实值之间的相关系数R、平均相对误差AARE,得出R为0.996,AARE为4.89%,证明修正后的模型具有较高的精度。

构筑成形工艺用高品质SA508‑3钢连铸坯试制

为满足构筑成形工艺用高品质SA508⁃3钢连铸坯开发需要,本研究突破了连铸板坯低硫、低磷与低氧纯净度控制的技术难点,通过长流程冶炼工艺,结合低拉速、低过热度以及铸坯凝固末端压下技术,实现了高纯净、高致密、高均质的250 mm厚SA508⁃3钢连铸坯技术开发。经低倍、化学成分及夹杂物检测分析,铸坯中只存在较轻的缩孔、疏松缺陷;钢中杂质元素:w(P)≤0.006%,w(S)≤0.0015%,w(T.O)≤0.0015%,w(H)≤0.0002%,碳含量波动≤0.03%;A,B,C,D和Ds五类夹杂物均≤1.0级,满足高品质核电锻件构筑成型用SA508⁃3钢的技术要求。

SA508-3材料氮合金化工艺优化研究

文章针对SA508M.Gr.3CL.2材料采用氮化锰合金充氮工艺氮收得率低的情况,对氮气氮合金化工艺进行优化与实践验证。结果表明,该材料的氮合金化速率主要与钢水温度、氮气流量、充氮压力有关,控制好关键参数能使充氮速率保持相对稳定,满足实际生产的需求。

锻态SA508-3钢的动态再结晶预测模型

在Gleeble1500D热模拟试验机上开展了锻态SA508-3钢的单道次热压缩试验,研究了该材料的动态再结晶行为。试验参数为温度1000℃~1200℃、应变速率0.001 s^(-1)~1 s^(-1)。研究结果表明:SA508-3钢在高温低应变速率条件下均发生了动态再结晶现象。在此基础上,根据应力-应变曲线数据,建立了该材料的动态再结晶临界应变模型、动态再结晶百分数模型,结合压缩后试样的显微组织,建立了SA508-3钢的动态再结晶晶粒尺寸模型。

核电SA508-3钢厚壁圆筒纵向焊接残余应力分析

针对由某公司生产首次应用到核电设备上的SA508-3钢,为了获得焊接残余应力分布及规律,采用ANSYS有限元软件对60 mm厚圆筒纵焊的焊接接头进行温度场及残余应力数值模拟,并将模拟结果与相同工艺条件下焊接试验结果进行比较验证.结果表明,模拟结果与试验结果基本吻合;焊接时热源周围极窄区域温度高,梯度大,远离热源温度峰值急剧下降;圆筒外表面残余应力大于内表面残余应力;焊缝及近焊缝区的残余拉应力值较大,远离焊缝中心残余拉应力值逐渐减小;圆筒两端和中部的残余应力在方向上或数值大小上不同;这对控制圆筒残余应力提供了理论依据.

核压力容器SA508-3钢高温性能试验分析

针对由某公司生产应用于核压力容器的SA508-3钢,为了获得不同高温下的组织性能特征参数,在Gleeble1500D热模拟机上,采用凝固法对800～1 300℃共6个温度水平进行拉伸试验。结果表明,断面收缩率、应变和热强度在1 000℃时为最大值;6个试验温度下断口附近的组织是形态各异的板条马氏体;800、1 000和1 300℃试验温度下的断口剖面最大硬度分别位于距断口10、14和18 mm处,且1 000℃拉伸试样的硬度变化幅度小,其它2个试验温度下的试样硬度变化幅度较大;低温塑性的断口形貌是以沿晶脆性断裂为主;为后续焊接数值模拟工作提供参考数据有着重要的实用价值。

核电SA508-3钢研究进展

SA508-3钢具有强度高、韧性好和辐照脆化敏感性低等特性,是广泛应用的核电用钢。通过介绍其组织结构、化学成分、力学性能、冶金工艺、热处理工艺和焊接性能等几个方面,阐述了目前SA508-3钢的研究进展,为进一步提高钢的综合性能和研发下一代核电用钢提供了参考。

核电SA508-3钢焊接连续冷却转变曲线的分析

针对首次应用到核电上的SA508-3钢,在Gleeble1500D热模拟机上,采用膨胀法测定了SH-CCT曲线,获得了焊接工艺特征参数t8/5从3.75-20 000 s范围内的焊接热影响区组织变化规律.结果表明,获得全部马氏体相变的冷却时间为15 s,全部贝氏体相变的冷却时间60 s〈t8/5≤3 000 s,全部铁素体和珠光体相变的冷却时间为6 000 s;当t8/5≤100 s时,焊接热影响区硬度高于350 HV,存在淬硬和裂纹敏感性;当t8/5≥20 000 s时,焊接热影响区硬度小于母材硬度,易出现软化现象.

焊接热循环对SA508-3钢临界粗晶区组织和性能的影响

针对核电设备用SA508-3钢临界粗晶区,采用热模拟技术研究了不预热下焊接热循环对临界粗晶区组织和性能的影响.结果表明,临界粗晶区在原奥氏体晶界上析出了项链状的隐晶马氏体组织,使其性能恶化,是焊接接头中最为薄弱的区域.临界粗晶区在经历峰值温度400~650℃的焊接热循环后,冲击韧性得到明显的改善,此时可以获得良好的强韧性匹配.在SA508-3钢多层多道焊接过程中,通过合理控制层道间焊接热循环条件,可有效改善临界粗晶区组织和性能.

焊接热循环峰值温度及冷却速率对SA508-3钢粗晶区组织和性能的影响

针对核电设备用SA508-3钢粗晶区,采用热模拟技术研究了在不预热前提下二次焊接热循环峰值温度及冷却速率对粗晶区组织和性能的影响.结果表明,粗晶区在经历不同峰值温度及冷却速率的焊接热循环后,其显微硬度与冲击韧性起伏较大,是SA508-3钢焊接接头中性能极不稳定的区域.粗晶区在经历峰值温度600~700℃的二次焊接热循环后可以获得较好的强韧性匹配.t8/5为10 s时,粗晶区在经历峰值温度750~950℃的二次焊接热循环后,在晶界附近形成的隐晶马氏体以及晶粒的进一步粗化,使得综合性能最差,应加以避免.

SA508-3钢回火焊道技术焊道搭接量的分析

针对核电设备常用钢种SA508-3钢,采用钨极氩弧自动焊接方法,对该钢种在使用回火焊道焊接技术修复时的焊道搭接量进行了分析。试验结果表明,焊道搭接量在0%~30%时,相邻的焊道间有明显的凹坑的存在,在后续焊道的焊接过程中容易出现未熔合问题;焊道搭接量达到70%时,焊道表面向瘤状发展,不利于后续焊道的排布,焊道几何尺寸的排布使得回火焊道焊接技术无法实施;焊道搭接量在40%~60%时,焊道分布相对平直,显微硬度及淬硬组织分布均匀,利于回火焊道技术的实施。

SA508-3钢铸态粗晶组织热压缩变形行为与晶粒演化规律

为获得SA508-3钢铸态粗晶组织热变形过程中的晶粒细化和均匀化规律,通过Gleeble单道次高温热压缩实验（950℃~1250℃,0.001s-1~1s-1,真应变ε=0.8）,发现铸态粗晶在低温硬化-回复阶段时的应力水平较锻态细晶的略高,通过金相分析发现,该现象是由铸态粗晶组织含有大量形变孪晶及其较差的变形协调性所致。同时分析了不同变形条件（温度和应变速率）对再结晶晶粒尺寸和混晶程度的影响规律,得到了动态再结晶完成后,变形温度为1 050℃~1 200℃、应变速率为0.01s-1~1s-1的变形参数对SA508-3钢铸态粗晶组织具有较好的细化晶粒作用,最高晶粒度可达6级~7级;1050℃~1200℃、0.001s-1~0.1s-1的变形参数可有效地降低SA508-3钢铸态粗晶组织的混晶程度,动态再结晶完成后组织比较均匀。

SA508-3钢焊趾部位回火焊道技术研究

采用自动TIG焊方法对核电SA508-3钢焊趾部位回火焊道技术进行了研究.试验结果表明,随着参数S的增大,焊趾处的粗晶区分别经历了完全相变、不完全相变、高温回火、低温回火等热循环过程,S为0 ～0.4mm时,焊趾处显微组织以板条马氏体为主,显微硬度高于420 HV;S为1.5 mm时,后续焊道的临界区覆盖在了焊趾处的粗晶区部位,此时显微组织为原奥氏体晶界的链状隐晶马氏体组织＋回火索氏体组织,显微硬度高于350HV;S为2～2.8 mm时,焊趾处粗晶区转变为回火索氏体组织,显微硬度在300 HV左右;S为3.4～4.3 mm时,焊趾处显微组织为马氏体的回火组织,显微硬度值高于350 HV.

试样尺寸对SA508-3钢焊接接头断裂韧度的影响

针对大型核容器SA508-3钢焊接接头断裂韧度进行了研究.结果表明,在大试样条件下,母材、焊缝金属及热影响区的断裂韧度存在差异,焊缝金属的断裂韧度优于热影响区,母材的断裂韧度最低.试样几何尺寸直接影响裂纹尖端的应力状态,小试样时裂纹尖端处于平面应力状态,母材、焊缝金属及热影响区全部呈韧窝断裂,表现出良好的塑性;大试样时裂纹尖端处于平面应变状态,母材断口特征转变为准解理与解理混合断裂,热影响区为典型的准解理断裂,焊缝为韧窝断裂.

核电用SA508-3钢的奥氏体晶粒生长过程模拟

将核电用SA508-3钢试样分别在温度900~1 250°C下加热0~300min进行奥氏体化热处理,测量处理后的奥氏体晶粒直径,对奥氏体晶粒的生长规律进行研究,同时,通过回归实验数据建立了描述晶粒生长过程的动力学模型.结果表明：奥氏体晶粒直径随加热温度升高而呈现出抛物线形状的变化特征;随着保温时间的延长,其变化规律趋近于双曲线形状;当加热温度为900~1 050°C时,奥氏体晶粒的生长速度较慢;当加热温度在1 050~1 250°C时,奥氏体晶粒的生长速度显著增大;所建数学模型的计算值与实验结果较吻合,能够反映不同温度下的晶粒生长规律.

核电SA508-3钢大型筒体环焊残余应力分析

为了准确地预测核电SA508-3钢的大型筒体环焊温度和残余应力变化规律,基于ANSYS有限元软件,引入子结构法优化焊接模拟过程,并比较模拟结果与试验数据.结果表明,文中采用的计算方法成功地模拟了更加接近真实的筒体环焊过程,且模拟结果与实测值基本吻合;焊缝上所有节点的热循环曲线相似,热影响区的模拟宽度为4 mm左右;筒体外表面焊缝中心线上任意节点的残余应力大小相近,仅在靠近筒体外表面焊缝中心线附近存在一定的轴向压应力,其它区域大部分为拉应力,环向保持较高的拉应力;筒体焊后产生内凹残余变形;结果可为分析大型筒体环焊残余应力提供参考数据.

热成形工艺参数对SA508-3钢组织演变的影响

通过Gleeble-1500D热力模拟试验机对SA508-3钢在温度为1073~1473 K,应变速率为0.001~1 s-1时进行了热压缩实验,分析了热变形条件下的SA508-3钢的微观组织。采用常规金相分析研究了温度、应变速率、变形程度等热变形参数对SA508-3钢动态再结晶行为和晶粒尺寸的影响。结果表明,SA508-3钢动态再结晶主要通过晶界弓弯形核。提高变形温度、增大变形程度均有利于再结晶发生。但较高温度和较低应变速率会造成晶粒的过分长大,从而形成粗大组织。SA508-3钢的最佳热加工参数范围为变形温度1173~1473 K和应变速率0.1~0.01 s-1。

核电SA508-3钢在不同冷速下的显微组织

针对由某公司生产首次应用到核电上的SA508-3钢,采用膨胀法在Gleeble1500D热模拟机上测定了其焊接连续冷却转变的膨胀曲线,结合显微组织和硬度,获得了每个冷速下对应的相变点温度.结果表明,在0.015~0.05℃/s冷速范围内,为高温转变的铁素体和珠光体区,0.1~7℃/s冷速范围内,为中温转变的贝氏体区,20~80℃/s的冷速范围内,为低温转变的马氏体区;随着冷却速度的增大,硬度值也越来越大,0.015℃/s对应的硬度值为199 HV,80℃/s对应的硬度值为546 HV,这为制定合理的焊接工艺提供了依据.