热老化对316LN不锈钢焊缝微观组织和冲击性能的影响

为研究核电站主管道316LN不锈钢焊缝的热老化,开展了316LN不锈钢在400℃下15000h的加速热老化实验。采用TEM和HREM研究热老化后焊缝微观组织演变,利用冲击实验测定不同热老化时间下焊缝夏比冲击性能;以夏比冲击功作为热老化脆化参量,通过拟合法获得了焊缝热老化脆化动力学公式,利用热老化动力学公式预测焊缝在实际运行温度下服役60年内的夏比冲击功变化。结果表明:经1000h热老化后焊缝中的铁素体已经发生了调幅分解,形成了富Fe的α相和富Cr的α′相,同时在铁素体内析出了G相;焊缝中铁素体调幅分解和G相析出导致焊缝冲击功随时间延长而不断下降;夏比冲击功预测结果显示在运行25年内冲击功下降较快,随后的运行过程中下降过程趋缓。     

热老化对316LN力学性能和晶间腐蚀敏感性的影响

将热锻固溶态316LN不锈钢试样在400℃空气中热老化处理400～10000 h,使用金相显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)和X射线衍射(XRD)等手段分析了固溶态及热老化试样的显微组织,用小冲杆、纳米压痕和维氏硬度测试研究了热老化对这种材料力学性能的影响;用草酸电解侵蚀方法进行晶间腐蚀试验,用EBSD和原子力显微镜(AFM)定量分析了热老化对各类型晶界晶间腐蚀敏感性的影响。结果表明,在400℃热老化10000 h后316LN不锈钢的微米级显微组织、晶粒尺寸、晶界形貌和晶界特征分布都没有明显的变化。但是,热老化使晶粒的晶格常数变小,其原因是固溶在晶粒内的间隙原子和位错等向晶界处扩散迁移,使材料的强度和硬度提高而塑性和抗晶间腐蚀性能降低。各类型晶界的晶间腐蚀敏感性都随着热老化时间的延长而提高,但是CSL晶界的晶间腐蚀敏感性低于随机晶界。     

奥氏体不锈钢晶粒细化对形变机制和力学性能的影响

利用相逆转变原理采用冷变形使得亚稳奥氏体转变为形变马氏体,采用不同温度和时间退火分别获得纳米晶/超细晶和粗晶奥氏体不锈钢。通过拉伸实验得到不同晶粒尺寸的奥氏体不锈钢力学性能,采用透射电镜观察形变组织结构并利用扫描电镜观察断口特征。结果表明:高屈服强度纳米晶/超细晶奥氏体不锈钢通过形变孪晶获得优良塑性;而低屈服强度的粗晶奥氏体不锈钢发生形变诱导马氏体效应,得到良好的塑性;两组具有不同形变机制的奥氏体不锈钢拉伸断口均为韧性断裂。形变机制由形变孪晶转变为形变诱导马氏体归因于晶粒细化导致奥氏体稳定性大幅度提高。     

316LN奥氏体不锈钢的高温拉伸断裂行为

用Gleeble1500D热力模拟试验机研究了锻造态的AISI316LN奥氏体不锈钢650-1300℃的热塑性及高温拉伸断裂行为,应变速率为0.5 s-1。结果表明,在650-1250℃温度范围内,材料的断面收缩率先随着变形温度的升高而降低,在850℃达到最低后开始大幅升高,高于1000℃时都保持在85%以上。但是当温度升高到1300℃时,由于晶粒尺寸急剧变大其晶界强度下降,断面收缩率又急剧降低。用光学显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)观察了试样的热变形区的组织变化和断口形貌,发现材料在1000℃以上热变形时发生了动态再结晶。动态再结晶提高了材料塑性,阻碍了裂纹的扩展。在断口附近裂纹产生的过程包括微裂纹的形核、长大和聚集且和晶界处富集的夹杂物有关。能谱分析表明,这些夹杂物主要是球状的硫化物和不规则的氧化铝类夹杂物。     

Nitronic60奥氏体不锈钢热变形行为研究

在Gleeble-3800热模拟试验机上对Nitronic60奥氏体不锈钢进行高温等温压缩实验,研究该材料在变形温度为950—1 200℃、应变速率为0.01—10 s-1、真应变量0.9等条件下的热变形行为,并观察了变形后的显微组织。研究结果表明:在热压缩过程中,流变应力随变形温度的升高而降低,随应变速率的升高而增加;当变形速率较低时,材料在变形温度范围内均发生了动态再结晶。采用双曲正弦模型建立了相应的热变形本构关系,其热变形激活能为425.542 k J/mol,高温压缩变形时,Z参数和流变应力方程分别为Z=εexp(425.542/RT)=3.495×1015[sinh(0.005 93σ)]5.55,ε=3.495×1015[sinh(0.005 93σ)]5.55exp[-525.524/(RT)]。     

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。     

AISI316奥氏体不锈钢低温渗碳层的组织及耐蚀性

为了提高奥氏体不锈钢的表面硬度并保持其良好的耐蚀性,采用自主开发的低温渗碳工艺对AISI316奥氏体不锈钢进行渗碳处理。运用金相显微镜和显微硬度计表征了渗碳强化层组织,通过电化学试验检测了渗碳强化层的耐蚀性。结果表明:渗碳温度越高,渗碳强化层表面硬度越高,耐蚀性越差;经过470℃低温渗碳处理的AISI316奥氏体不锈钢表面硬度从原来的300 HV0.25 N增加到800～1 000 HV0.25 N,有效硬化层达36.1μm,而其耐蚀性保持不变。     

316L奥氏体不锈钢碱液储罐开裂原因

某核电站316L奥氏体不锈钢碱液储罐发生了泄漏,采用宏观观察、化学成分分析、金相检验、硬度测试及残余应力分析等方法对该储罐开裂原因进行了分析。结果表明：储罐内壁焊缝两侧出现与焊缝平行的环向裂纹和垂直的轴向裂纹,前者主要受焊接残余拉应力作用,后者主要受冷加工残余拉应力作用,两类裂纹均为碱致应力腐蚀开裂。     

316LN不锈钢焊接接头的晶间腐蚀

研究了热输入量不同的316LN不锈钢焊接接头在沸腾硝酸溶液中的晶间腐蚀特性,结果表明:焊接热输入量越大,焊接接头的抗晶间腐蚀性能越差;焊接接头焊缝区抗晶间腐蚀能力高于热影响区和母材区;晶间腐蚀过程可分为氧化、钝化、氧化膜裂纹萌生、氧化膜裂纹扩展和高速晶间腐蚀等阶段;在不同阶段声发射信号中氧化信号在20 k Hz的频率位置有能量峰,钝化信号在40 k Hz频率处有明显能量峰的突发型信号,氧化膜裂纹萌生信号在80-100 k Hz的频率段内有明显能量峰的突发型信号,氧化膜裂纹扩展信号具有60 k Hz倍频关系,高速晶间腐蚀信号是一种持续时间稍长的突发型信号,在50 k Hz处有明显的能量峰。     

超声微锻造辅助定向能量沉积316L不锈钢微观组织与力学性能研究

目的 在定向能量沉积（Directed Energy Deposition,DED）增材过程中,快速加热与冷却会导致增材构件出现晶粒粗大、孔洞裂纹缺陷多、综合力学性能偏差等问题,针对以上情况,对超声微锻造辅助DED增材316L不锈钢进行了研究。方法 设计了一套活动自由度高、超声振动能量易集中的滚珠式超声微锻造辅助增材制造系统,并研究了该超声微锻造系统对DED增材316L不锈钢微观组织与力学性能的影响。采用控制变量法对DED增材316L不锈钢的打印参数进行了优化,获得了最优打印参数下未加超声微锻造辅助的不锈钢试样的组织和力学性能。然后在相同的打印参数下采用本文设计的滚珠式超声微锻造系统辅助制备不锈钢试样,并分析了滚珠式超声微锻造对试样微观组织与力学性能的影响规律。结果 超声微锻造辅助DED增材能够细化柱状晶晶粒,使柱状晶宽度变窄,层间分布更加清晰,孔洞裂纹等缺陷减少,位错密度增加,位错密度由5.19×1013 m-2升高至7.5×1013 m-2;在力学性能方面,试样的屈服强度与抗拉强度均有所提升,增材件的屈服强度由（517.4±0.73）MPa提升至（550.1±4.49）MPa,抗拉...     

应用纳米压痕技术研究表面纳米化后316L不锈钢力学性能

316L不锈钢经表面纳米化(SNC)处理后,表面形成一层纳米层。样品表面晶粒细化至纳米级大约12nm左右,随着深度的增加,晶粒尺寸逐渐增大。该文应用纳米压痕技术分析了纳米层力学性能,结果表明:纳米层的纳米硬度和弹性模量分别为6.05GPa和227GPa,是基体硬度和弹性模量的1.4倍和1.2倍。随距表面距离的增加而降低,并逐步趋近于一个稳定值。同时测得纳米层的应变硬化指数为0.44为基体的1.5倍。     

激光选区熔化成型316L不锈钢的工艺参数对硬度与微观组织的影响

激光选区熔化(Selective laser melting,SLM)技术能够制备复杂的一体化空间构件,是金属增材制造的主要方法之一.然而,目前SLM技术仍存在一些问题,如工艺参数对性能的影响规律复杂等,这极大地限制了SLM技术的推广和应用.因此,选择激光功率、扫描速度、扫描间距和相邻层之间的旋转角度四种SLM工艺参数进行分析,设计正交实验,制备了316L不锈钢材料的试样,表征了SLM成型试样的尺寸精度、相对密度和硬度,并观察其宏观结构和微观组织.以激光能量密度为因变量,研究其对成型316L不锈钢材料性能的影响,实现了多输入变量到单输入变量的降维,简化了SLM工艺参数对成型材料力学性能和微观结构的复杂影响规律.结果表明,当输入的激光能量密度在65～90 J/m3之间时,316L不锈钢的相对密度在99.6％以上;当激光功率为180 W、扫描速度为870 mm/s时,316L不锈钢的晶粒均匀,其形状近似正六边形,晶粒度为0.4μm.SLM成型的316L不锈钢相对密度与硬度有一定的关联性,当相对密度高于99.0％时,试样的硬度较高,约为250HV.     

离子辐照对316L不锈钢焊缝晶体结构与力学性能的影响

目的 研究不同剂量离子辐照对不锈钢焊缝金属微观组织结构及力学性能的影响机理和影响规律.方法 通过添加3种剂量的氦离子和氘离子对316L不锈钢TIG焊焊缝金属进行辐照,分别使用XRD、纳米压痕与SEM来分析研究离子辐照对316L不锈钢焊缝金属的晶体结构、力学性能以及表面微观形貌的影响.结果 离子辐照后,焊缝金属XRD衍射...     

形变马氏体对奥氏体不锈钢力学性能的影响

在不同的低温环境下,对奥氏体不锈钢进行预拉伸试验,研究了温度对材料形变马氏体含量的影响,并分析了不同形变马氏体含量对材料力学性能的影响。结果表明：在变形量和应变速率相同的条件下,温度越低,材料产生的形变马氏体越多;形变马氏体变多会使材料硬化且强度变大,并导致冲击试样缺口处裂纹的扩展速率加快,冲击韧性下降。     

反复焊接对超低碳奥氏体不锈钢力学性能的影响

通过对反复焊接1～5次的超低碳奥氏体不锈钢力学性能的试验及金相组织的分析，研究了反复焊接对超低碳奥氏体不锈钢力学性能的影响。试验结果显示，在同一部位反复焊接5次后，超低碳奥氏体不锈钢的拉伸性能、冲击功、硬度及显微组织没有发生明显变化，表明超低碳奥氏体不锈钢在选择合适的焊接材料、焊接工艺和焊接方法的前提下，同一部位可反复焊接5次，不会明显影响其力学性能。     

一级应变硬化F316奥氏体不锈钢的高温蠕变性能

研究了在200 MPa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200 MPa 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℃/200 MPa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℃/200 MPa下一级应变硬化F316奥氏体不锈钢长期服役蠕变可靠性。     

S30408奥氏体不锈钢高温力学性能试验研究

不锈钢材料高温力学性能是不锈钢结构抗火设计与数值模拟分析的重要参数。相对于碳素钢,不锈钢材料具有强非线性、比例极限低、无明显屈服平台、各向异性、应变硬化显著等特点,高温下两种材料的力学性能存在着较大的差异。该文利用MTS810试验系统对S30408奥氏体不锈钢进行了常温、高温稳态和高温瞬态试验研究,并将试验结果与《欧洲规范》以及已有的研究结果进行了对比分析。利用稳态试验结果,对影响高温下不锈钢材料力学性能的硬化指数n_θ和m_θ进行了修正,提出高温下不锈钢材料本构关系表达式,并给出了高温下不锈钢材料的初始弹性模量、屈服强度和极限强度的折减系数。对比分析了稳态试验结果与瞬态试验结果,结果表明：通过两种试验方法获得的高温下不锈钢材料应力-应变曲线存在一定的差异;在温度600℃范围内,差异不明显,当温度超过600℃时,两者差异随温度升高而逐渐增大。     

感应加热对奥氏体不锈钢弯管组织和性能的影响

采用感应加热技术热煨奥氏体不锈钢弯管,对热煨后弯管的组织、性能及外观进行了分析研究.结果表明感应加热的奥氏体不锈钢弯管不仅可以不进行固溶和消除应力处理,而且具有各部分性能相差小、弯管表面氧化层薄,良好的外观和形状,是其它加工方法无法比拟.     

原奥氏体晶粒尺寸对珠光体钢组织及韧性的影响

探索了奥氏体晶粒尺寸对珠光体等温转变组织特征以及对韧性性能的影响规律。研究表明,在相同等温转变温度下,珠光体片层间距无明显变化,随奥氏体晶粒尺寸的增加,先共析铁素体量减少而珠光体团尺寸增加。珠光体断裂韧性受控于裂纹前沿塑性影响区尺寸(1~2)δc,其中δc为临界裂纹张开位移,当原奥氏体晶粒大于(1~2)δc时,裂纹扩展阻力主要来自穿越珠光体片层α、θ相的颈缩、破断。当原奥氏体晶粒尺寸接近或小于(1~2)δc时,裂纹主要沿晶界、珠光体团界、α+θ片层界面扩展,通过扩展路径发生多次弯折消耗能量,随原奥氏体晶粒尺寸增加,准静态断裂韧度J变化幅度较小。而冲击韧性缺口前沿塑性影响区远大于原奥氏体晶粒,大角度晶界将促使裂纹的转折而提高扩展阻力,提高裂纹前沿塑性区大角度晶界密度有利于提高冲击功,冲击韧性Ak随晶粒尺寸的增加显著下降。