核電關(guān)鍵管材用鐵鉻鎳基合金力學(xué)性能研究及強(qiáng)度計(jì)算.pdf

1、由于溫室氣體排放造成的環(huán)境問(wèn)題壓力日益加劇，化石燃料的供應(yīng)以及價(jià)格經(jīng)常受到國(guó)際環(huán)境的影響，使得世界上許多國(guó)家又把發(fā)展清潔能源的注意力又轉(zhuǎn)移到核能中來(lái)。目前，我國(guó)核電蒸汽發(fā)生器傳熱管用管材仍然依靠進(jìn)口。故本文研究核電用電蒸汽發(fā)生器傳熱管試驗(yàn)鋼800H合金，以及在800H合金基礎(chǔ)上添加AI元素Cr20Ni30NbAI(HDG-A)合金的成分、組織、力學(xué)性能等特性。
　　 本文采用光學(xué)顯微鏡、X射線(xiàn)衍射儀和掃描電子顯微鏡等分析手段，對(duì)

2、核電用800H合金和HDG-A合金固溶后的顯微組織進(jìn)行研究，測(cè)試了這兩種合金鋼的沖擊、室溫拉伸和高溫短時(shí)拉伸力學(xué)性能，并觀察了斷口形貌。顯微組織分析表明，800H合金和HDG-A合金兩種材料的基體組織為奧氏體，800H合金第二相主要有兩種，一種是形狀規(guī)則數(shù)量較少的Ti的氮化物，另一種是呈長(zhǎng)條狀或斑狀主要分布在晶界的Cr的C化物。HDG-A合金的第二相除了Cr的C化物還有Nb的C化物。對(duì)兩種材料進(jìn)行了力學(xué)性能試驗(yàn)，800H合金和HDG-A

3、合金的室溫抗拉強(qiáng)度分別為551Mpa和620Mpa，都遠(yuǎn)高于ASME標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最低值（標(biāo)準(zhǔn)中最低值為:≥450），尤其是HDG-A，高出規(guī)定值40％，延伸率也滿(mǎn)足規(guī)定值;進(jìn)行了600℃及700℃高溫短時(shí)力學(xué)性能試驗(yàn)，600℃時(shí)，抗拉強(qiáng)度上800H合金和HDG-A合金分別為443Mpa和476Mpa，700℃時(shí)，抗拉強(qiáng)度上800H合金和HDG-A合金分別為324Mpa和446Mpa，基本達(dá)到或超過(guò)SpecialMetalsCorporat

4、ion給出值，而HDG-A合金均遠(yuǎn)高于給出值;高溫拉伸斷口形貌主要為韌窩，深度與室溫拉伸斷口相比韌窩變大。
　　 為了可在生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)產(chǎn)前力學(xué)性能預(yù)測(cè)，確定化學(xué)成分、組織、晶粒尺寸的最佳組合，作者和所在的團(tuán)隊(duì)在理論研究和試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合各研究者實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和作者的大量研究結(jié)果，用EET理論計(jì)算了HDG-A合金的常溫拉伸強(qiáng)度。
　　 通過(guò)EET理論計(jì)算了HDG-A合金的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度。利用相最強(qiáng)鍵上的共用電子對(duì)數(shù)的統(tǒng)計(jì)

5、值和相界面電子密度差的統(tǒng)計(jì)值計(jì)算了該高合金鋼固溶后在各種強(qiáng)化機(jī)制下的強(qiáng)化增量。奧氏體不銹鋼的強(qiáng)化機(jī)制包括固溶強(qiáng)化、彌散強(qiáng)化、及晶粒細(xì)化。奧氏體不銹鋼不存在γ→α→γ相變，所以相的相對(duì)數(shù)量容易計(jì)算。奧氏體不銹鋼的強(qiáng)度取決于相及相界面的強(qiáng)度。相的強(qiáng)度與相的鍵絡(luò)強(qiáng)弱有關(guān)，相界面的強(qiáng)度與相界的應(yīng)力有關(guān)。相的鍵絡(luò)強(qiáng)弱可用鍵上的共用電子數(shù)表征，相界的應(yīng)力可用相界面的電子密度差表征。因此，利用相及相界面的電子結(jié)構(gòu)參數(shù)便可計(jì)算相應(yīng)強(qiáng)化機(jī)制下得強(qiáng)度增量，

6、從而計(jì)算奧氏體不銹鋼固溶后的強(qiáng)度。本文就這種新型鐵鉻鎳奧氏體不銹鋼進(jìn)行了計(jì)算。高合金鋼部分元素含量很高，改變了γ-Fe基體，所以并不存在γ-Fe/γ-Fe-M和γ-Fe/γ-Fe-C-M界面強(qiáng)化;經(jīng)過(guò)分析，計(jì)算的強(qiáng)化權(quán)重必須乘以此種元素與Fe的含量比值，才能得出高合金中真實(shí)的強(qiáng)化權(quán)重。通過(guò)計(jì)算得出，HDG-A的抗拉強(qiáng)度為647.35989MPa、屈服強(qiáng)度為362.70769Mpa，與試驗(yàn)值相比(抗拉強(qiáng)度為620Mpa、屈服強(qiáng)度為341M