模拟工况热老化对Z3CN20-09M钢组织与性能的影响

为探明压水堆核电站一回路管道用钢在模拟工况环境下的热老化行为,以主管道用Z3CN20-09M奥氏体不锈钢为研究对象,对其在400℃、16.5 MPa含硼离子水蒸气中热老化不同时长后的显微组织、纳米压入硬度和冲击吸收功的变化规律进行了研究.利用扫描电子显微镜观察了热老化不同时长后的冲击断口形貌.试验结果表明:与原始态对比,经模拟工况热老化后Z3CN20-09M钢的铁素体相尺寸、分布和形态均无明显变化,而基体中位错密度随老化时长降低,老化过程中基体和位错线上有第二相的析出,且在老化3 000h时发生调幅分解,生成富Cr的α′相与富Fe的α相;铁素体相的纳米硬度随老化时间的增加由3.43GPa增加至6.08GPa,奥氏体相由3.02GPa增加至3.49GPa;冲击吸收功Akv随老化时间的延长由397.5J降低至214.0J.断裂形式由具有拉长韧窝特征的微孔聚集型韧性断裂,逐渐转变为具有解理台阶、鱼骨状花样和撕裂棱特征的准解理断裂.引起力学性能和断裂方式变化的主要原因是调幅分解生成的α′脆性相.     

Z3CN20．09M 铸造双相钢热老化的调幅分解

基于核电站压水堆的一回路主冷却管道的服役条件,本文对Z3CN20．09M 铸造双相不锈钢进行了长时热老化实验,采用透射电镜对其老化态的显微组织进行观察,从热力学和动力学方面分析其随热老化时间的转变规律．实验结果表明,铁素体相在热老化3000 h后开始发生调幅分解,形成了明暗相间富铁的α相和α′相斑点状组织,在α/γ相界有极少量C r2 N相析出．调幅分解首先在晶界发生,随着老化时间延长,逐渐向晶内扩展．老化12000 h后调幅分解进行较充分,而且铁素体基体和位错线上有与之共格的G相析出．整个老化分解过程符合经典调幅分解理论．     

热老化对核电不锈钢微区力学及晶间腐蚀性能的影响

通过热老化处理、微区力学性能测试、电化学测试、显微组织观察等实验,研究热老化对核电管道Z3CN20.09M不锈钢微区力学性能和晶间腐蚀性能的影响。结果显示:随着热老化时间的延长,试样金相组织未发生变化,铁素体含量和尺寸未发生明显变化,铁素体相硬度一直增大,而奥氏体相硬度基本没有变化,试样的耐晶间腐蚀性能变差;热老化10 000 h试样经550℃等温退火1 h处理后铁素体硬度恢复至未热老化水平,耐晶间腐蚀性能变好。这主要是因为热老化使铁素体相中通过调幅分解析出了富Cr的α′,而退火导致α′相消失,微区力学性能得到恢复,贫铬区消失滞后于α′相的溶解,耐晶间腐蚀性能在退火处理后得到缓解,但未完全恢复。     

热老化对铸造双相不锈钢组织和性能的影响

为了查明导致铸造双相不锈钢热老化脆化的主要原因,研究了铸造双相不锈钢在400℃下老化15000h过程中示波冲击性能与显微组织,分析了热老化时间对力学性能和显微组织结构的影响．结果表明,随着热老化时间的延长,冲击性能明显下降,断裂方式由最初的韧性断裂转变为脆性断裂,冲击断口形貌也显示出相同的规律．通过TEM观察发现,铁素体相在热老化3000h后发生了调幅分解,分解的产物为富Cr的a’相和富Fe的a＇相．随着老化时间的延长,调幅分解加剧,调幅分解的波长随之减小,在热老化15000h后,调幅分解波长由11．89nm减小到5．37nm,调幅分解充分．     

Z3CN20-09M铸造奥氏体不锈钢的形变与断裂机制

为研究Z3CN20-09M铸造奥氏体钢的形变与断裂过程,利用微型拉伸夹具对铸造奥氏体不锈钢在金相显微镜和扫描电镜下进行了动态拉伸和微观形貌原位观察.试验结果表明,在拉伸形变初期奥氏体中先出现滑移线,滑移线与铁素体的分布形态平行或是近乎平行;随着载荷的增大,奥氏体变形加剧且铁素体中开始出现粗而间距大滑移线.在拉伸形变后期,裂纹首先在杂质和奥氏体与铁素体相界处萌生,并向铁素体相扩展.     

长期热老化对铸造奥氏体不锈钢断裂韧性的影响

为了研究热老化对铸造奥氏体不锈钢断裂韧性的影响及其微观机理,按照ASTME1820-05a等实验标准,采用标准C（T）试样对Z3CN20.09M铸造奥氏体不锈钢进行了热老化断裂韧性测量.结果表明：Z3CN20.09M铸造奥氏体不锈钢的断裂韧性随热老化时间的增加呈现下降趋势;通过SEM观察断口发现,断裂机制由原始态的微孔聚集型断裂转变为解理断裂和微孔聚集断裂的混合断裂;断裂韧性J值与热老化时间t满足幂指数关系.对该材料制造的主管道的热老化断裂韧性做出外推预测.     

热老化对核电主管道材料拉伸性能的影响

探讨热老化对核电站主管道用铸造奥氏体不锈钢Z3CN20.09M拉伸性能的影响.通过对不同热老化时间下的试样进行了拉伸试验,结合扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)观察材料的微观结构变化,并采用Ramberg-Osgood模型对其拉伸性能进行了分析.结果表明:Z3CN20.09M钢在350 ℃下的拉伸性能低于室温;随热老化时间延长,材料的抗拉强度不断升高,断后延伸率不断减少;拉伸断口的SEM分析显示,其破断机理为微孔聚集型韧窝断裂,随热老化时间延长,断口中心的纤维区逐渐减小,且表面也逐渐变得平坦,韧窝处的第二相粒子数量逐渐增多,韧窝也逐渐变浅变小;TEM分析显示,随热老化时间延长,奥氏体中全位错密度减少,同时在奥氏体-铁素体相界上有碳化物析出;在3%的应变量范围内,Ramberg-Osgood模型的拟合曲线与试验数据吻合良好.因此,受热老化影响,Z3CN20.09M钢易发生脆化,即强度升高,塑性降低;Ramberg-Osgood模型可预测小应变量范围内热老化对其拉伸性能的影响.     

Z3CN20-09M钢高温高压水蒸气腐蚀行为研究

为了探究压水堆核电站一回路工况条件对Z3CN20-09M不锈钢的氧化腐蚀行为的影响,采用恒温氧化法对Z3CN20-09M钢在400℃、16.0MPa水蒸气中和400℃空气中的氧化行为进行了对比研究.利用不连续增重法研究其氧化动力学,通过扫描电子显微镜观察氧化膜微观形貌,用能谱分析判断氧化膜成分,X射线衍射仪分析其具体物相组成.试验结果表明:Z3CN20-09M不锈钢在高温高压水蒸气中,氧化动力学曲线遵循双直线规律,在空气中氧化动力学曲线遵循指数规律,水蒸气中腐蚀速率大于空气中腐蚀速率,说明水蒸气对腐蚀有加速作用;高温水蒸汽中氧化膜形貌为针状和大尺寸颗粒状,氧化物为Cr2O3、Fe2O3和FeCr2O4,高温空气中氧化膜形貌为小尺寸颗粒状和絮状,氧化物为Cr2O3和Fe2O3.     

模拟工况热老化对Z3CN20-09M钢冲击性能的影响

为探究压水堆核电站一回路主管道用不锈钢长期在服役过程中冲击性能的变化规律,本文将Z3CN20-09M钢经模拟工况介质(400℃、16.5 MPa含硼离子水蒸气)分别加速热老化3 000h、5 000h、10 000h、15 000h后进行示波冲击试验,利用扫描电子显微镜对冲击断口进行分析.试验结果表明:随着热老化时间的延长,试样的屈服力F_(gy)、最大力F_m、不稳定裂纹扩展起始力F_(iu)均表现为逐渐增大,试样的不稳定裂纹扩展起始功W_(iu)、不稳定裂纹扩展终止功W_a、冲击总功W_t逐渐降低,裂纹扩展功W_t-W_(iu)降低幅度较小.当热老化时间超过10 000h后,试样的上述性能指标变化幅度趋缓,出现老化饱和迹象.试样的断裂方式由具有拉长韧窝特征的微孔聚集型韧性断裂逐渐转变为具有解理台阶和撕裂棱特征的准解理断裂.     

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1．0μm,热老化5000h后约为0．2μm。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。     

Phase-field modelling of spinodal decomposition with G-phase precipitation during ageing

Science China Technological Sciences - The duplex stainless steels (DSSs) are susceptible to thermal ageing embrittlement due to the spinodal decomposition and G-phase precipitation in the ferritic...     

双相不锈钢表面奥氏体高氮层的制备技术

高温渗氮是在奥氏体/铁素体双相不锈钢表面形成奥氏体高氮层的一种有效方法.为了获得氮含量高、组织均匀且适合于后续加工的表面高氮不锈钢层，必须确定合理的高温渗氮工艺.通过优化高温渗氮工艺参数，研究了双相不锈钢高温渗氮过程中加热温度、保温时间、氮气压力等对渗氮效果的影响.结果表明，通过高温高压渗氮可使不锈钢表面形成高氮氮化层，可使双相不锈钢通过渗氮发生表面奥氏体转变，获得组织梯度变化的多相复合不锈钢材料.     

Influence of isothermal aging onσprecipitation in super duplex stainless steel

The time-temperature-transformation (TTT) curve of the 00Cr25Ni7Mo4N duplex stainless steel was obtained with a Formastot-digital thermal dilatometer,and the influence of isothermal aging on σ precipitation was studied by metallographic observation,X-ray diffraction (XRD),and transmission electron microscopy (TEM).The results show that the decomposition of ferrite phase is accompanied by the formation of σ phase at 750-1000℃,especially in the range of 800-900℃.The longer the aging time,the higher the amount of σ precipitation.The area fraction of various phases remains at a certain value upon the completion of ferrite deformation.The temperature of 850℃ is the most sensitive transaction temperature,the incubation time for the formation of o precipitation is less than 1 min,and aging for 20 min leads to the complete transformation of ferrite.The o phase is formed preferentially at the α/α/γ junction,and then grows along the α/α boundary in the matrix.     

AISI316奥氏体不锈钢低温PC、PN和PC+PN表面硬化处理

对AISI 31 6奥氏体不锈钢进行了低温离子渗碳 (PC)、离子渗氮 (PN)和离子渗碳 +离子渗氮 (PC +PN)双重复合处理 ,处理后的奥氏体不锈钢可以在不降低耐蚀性能的基础上大幅度地提高不锈钢表面硬度和耐磨性。渗入奥氏体晶格中的碳或 (和 )氮可以形成一种碳或 (和 )氮的过饱和固溶体 (S相 ) ,但没有铬的碳化物或 (和 )氮化物析出。由于PC +PN双重复合处理后的奥氏体不锈钢渗层内的最大含氮量位于渗层的外表面 ,而最大的含碳量则位于渗层较深的部位 ,因而经离子双重复合处理后的奥氏体不锈钢的表面既有离子渗氮处理的高硬度 ,又有离子渗碳处理后的高的渗层厚度和较好的硬度梯度等特点。     

Constituent phases of the passive film formed on 2205 stainless steel by dynamic electrochemical impedance spectroscopy

The passive film formed on 2205 duplex stainless steel(DSS) in 0.5 M NaHCO3+0.5 M NaCl aqueous solution was characterized by electrochemical measurements,including potentiodynamic anodic polarization and dynamic electrochemical impedance spectroscopy(DEIS).The results demonstrate that there is a great difference between the passive film evolutions of ferrite and austenite.The impedance values of ferrite are higher than those of austenite.The impedance peaks of ferritic and austenitic phases correspond to th...     

基于数点和Photoshop像素法双相钢堆焊层铁素体含量测定

采用数点法和Photoshop像素法两种方法,测量ER2209双相不锈钢堆焊层中铁素体相体积分数,结果表明,数点法和Photoshop像素法测量ER2209双相不锈钢堆焊层中铁素体相体积分数分别为50.1%和56.5%,测量值均在30%～60%,其结果满足双相不锈钢相比例的要求。Photoshop像素法测量的铁素体相体积分数φα的标准偏差S为2.06%,而数点法测量的铁素体相体积分数φα的标准偏差S为4.89%,用Photoshop像素法测量铁素体相体积分数会更加精确。     

Lamella Multiple Grained Structure Making 2205 Duplex Stainless Steel with Superior Strength and Ductility

We demonstrate a 2205 duplex stainless steel (DSS) synthesized by aluminothermic reaction and followed two-step rolling which had a superior yield strength of 863 MPa,ultimate tensile strength of1 103 MPa and an elongation of 21% at room temperature.The phase,grain size and distribution of the steel were characterized by optical microscope,X-ray diffraction,electron back-scatter diffraction and transmission electron microscope.The results show that the steel consists of lamellar ferrite and austenitic phase with multiple grain size distribution from nanoscale to microscale.The high strength is attributed to strengthening of high back stress arising from laminated dual-phase heterogeneous ultrafine grained structure and distribution.The high ductility originates from back-stress hardening and dislocation hardening.     

箱形节点域不锈钢端板连接梁柱弱轴节点受力性能

为了探究不锈钢弱轴节点的静力性能和抗震性能,设计并加工了4个端板连接不锈钢梁柱弱轴节点试件,包括奥氏体型和双相型两种不锈钢牌号试件各2个,且均设置了箱形节点域进行加强。对节点试件分别开展单调静力和低周反复加载试验,得到了节点的整体受力性能和局部受力特征,包括节点在单调静力和低周反复荷载作用下的失效破坏形态、荷载–位移曲线和螺栓力发展过程,以及节点在低周反复荷载作用下的刚度、强度退化和耗能能力。结果表明：在静力和循环荷载作用下,节点的最终破坏形态为柱子蒙皮板与柱翼缘的对接焊缝均出现断裂,奥氏体型不锈钢节点的初始刚度约为双相型不锈钢节点的90%,塑性承载力约为后者的60%~70%。节点在循环荷载作用下,滞回曲线较为饱满无明显捏拢现象,出现了刚度和强度退化,奥氏体型不锈钢节点的累积耗能约为双相型不锈钢节点的3倍。设置箱形节点域之后,弱轴端板连接节点受力性能对焊缝质量要求更高,焊缝的提前断裂导致不锈钢材的优良延性未能充分发挥。采用有限元软件ABAQUS建立了精细数值模型对试验节点的受力性能进行模拟,并基于试验结果验证了所建立模型的准确性。得到的试验结果和建立的有限元模型可以为后续箱形节点域不锈钢弱轴节点受力性能研究提供参考。