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

1、由于溫室氣體排放造成的環(huán)境問題壓力日益加劇，化石燃料的供應(yīng)以及價格經(jīng)常受到國際環(huán)境的影響，使得世界上許多國家又把發(fā)展清潔能源的注意力又轉(zhuǎn)移到核能中來。目前，我國核電蒸汽發(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射線衍射儀和掃描電子顯微鏡等分析手段，對

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，測試了這兩種合金鋼的沖擊、室溫拉伸和高溫短時拉伸力學(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。對兩種材料進(jìn)行了力學(xué)性能試驗，800H合金和HDG-A

3、合金的室溫抗拉強度分別為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％，延伸率也滿足規(guī)定值;進(jìn)行了600℃及700℃高溫短時力學(xué)性能試驗，600℃時，抗拉強度上800H合金和HDG-A合金分別為443Mpa和476Mpa，700℃時，抗拉強度上800H合金和HDG-A合金分別為324Mpa和446Mpa，基本達(dá)到或超過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)中實現(xiàn)產(chǎn)前力學(xué)性能預(yù)測，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)隊在理論研究和試驗研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合各研究者實驗數(shù)據(jù)和作者的大量研究結(jié)果，用EET理論計算了HDG-A合金的常溫拉伸強度。
　　 通過EET理論計算了HDG-A合金的抗拉強度和屈服強度。利用相最強鍵上的共用電子對數(shù)的統(tǒng)計

5、值和相界面電子密度差的統(tǒng)計值計算了該高合金鋼固溶后在各種強化機制下的強化增量。奧氏體不銹鋼的強化機制包括固溶強化、彌散強化、及晶粒細(xì)化。奧氏體不銹鋼不存在γ→α→γ相變，所以相的相對數(shù)量容易計算。奧氏體不銹鋼的強度取決于相及相界面的強度。相的強度與相的鍵絡(luò)強弱有關(guān)，相界面的強度與相界的應(yīng)力有關(guān)。相的鍵絡(luò)強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)便可計算相應(yīng)強化機制下得強度增量，

6、從而計算奧氏體不銹鋼固溶后的強度。本文就這種新型鐵鉻鎳奧氏體不銹鋼進(jìn)行了計算。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界面強化;經(jīng)過分析，計算的強化權(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的強化權(quán)重。通過計算得出，HDG-A的抗拉強度為647.35989MPa、屈服強度為362.70769Mpa，與試驗值相比(抗拉強度為620Mpa、屈服強度為341M