核反應堆用17-4PH不銹鋼的性能研究.pdf

1、17-4PH沉淀硬化不銹鋼作為反應堆用結構材料，被西方大國如美國和法國廣泛應用于PWR等核電站的閥桿等部件。這主要是由于其具有良好的機械性能、杰出的高溫性能，簡單的熱處理工藝和對一回路高溫水的良好耐腐蝕性。但是隨著服役時間的延長，高強度的17-4PH不銹鋼將可能產生熱時效脆化。穩(wěn)壓器頂部的安全閥閥桿因處于較高的工作溫度區(qū)(350℃左右)，17-4PH不銹鋼閥桿熱時效脆化損傷就更加嚴重。所以，研究17-4PH不銹鋼的熱時效脆化是必要的。

2、 基于17-4PH不銹鋼在核反應堆中的服役條件，本文采用X射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)、電子探針(EPMA)、差熱分析(DTA)等測試分析手段，借助固態(tài)金屬中的擴散與相變，熱力學等理論對17-4PH不銹鋼回火處理、時效處理過程中的固態(tài)相變、硬化行為及其對耐磨性的影響進行了系統(tǒng)深入的研究。 對17-4PH不銹鋼在1040℃固溶處理后進行了350-595℃的回火處理，該鋼在一定的溫度和時間會達到不

3、銹鋼的峰值硬度，在隨后的保溫過程中，不銹鋼的硬度下降。通過XRD和TEM觀測分析了17-4PH不銹鋼在595℃保溫過程中的相變，在保溫過程中，板條狀馬氏體基體變化不大，但在馬氏體內部析出大量的和基體有取向關系的ε-Cu顆粒，其取向關系為： (101)<,M>//(111)<,Cu>，[111]<,M>//[110]<,Cu>.并且由馬氏體基體內部析出和馬氏體有(101)<,M>//(511)<,C>，[111]<,M>//[149]<,

4、C>.取向的纖維狀的二次碳化物M<,23>C<,6>。由熱力學計算出17-4PH不銹鋼中ε-Cu形核驅動力ΔG<,m>=.13226.2J/mol。并求出不銹鋼在中溫回火處理過程中ε-Cu顆粒析出的激活能為137.8KJ/mol。細小共格的ε-Cu相的彌散析出和少量和基體有取向關系的M<,23>C<,6>在馬氏體內析出，使其達到峰值硬度。在隨后的保溫過程中，主要的硬化相ε-Cu相發(fā)生Ostwald熟化，顆粒體積長大，由于碳化物的析出，馬

5、氏體基體的含碳量下降，導致了馬氏體基體的硬度的下降。 17-4PH不銹鋼在350℃時效6個月后，spinodal分解開始沿晶界進行，其形貌為黑白相間的層片狀組織，其方向為平行于晶界的法線方向還有少量的逆變奧氏體產生。在350℃時效15個月后，spinodal分解進行較充分，逐漸由晶界發(fā)生轉向晶內；基體中析出有嚴格取向的細小的G相，它和ε-Cu的取向關系為：(111)G//(111)<,ε-Cu>，[011]G//[011]ε-Cu，，此

6、外基體中還析出層片狀的σ相并有17％的逆變奧氏體產生。 17-4PH不銹鋼在中溫長期時效過程中，其機械性能會隨著時效時間的延長會發(fā)生變化：不銹鋼的動態(tài)斷裂韌性隨時效時間的延長呈指數(shù)衰減形式下降，產生時效脆化；其拉伸強度隨時效時間的延長而增加，時效溫度越高，強度增量越大：同時，該鋼的延伸率和斷面收縮率降低。 17-4PH不銹鋼在中溫長期時效過程中，其耐蝕性隨時效時間的延長而降低。其主要原因是不銹鋼在長期時效過程中析出了大量

7、的第二相，這些第二相與基體之間存在電位差，降低了不銹鋼的耐蝕性。 鹽浴滲氮處理后，17-4PH不銹鋼滲層中主要物相為含擴展(含氮)馬氏體、CrN，F(xiàn)e<,4>N，以及Fe<,3>O<,4>。并且處理溫度越高，不銹鋼滲氮層中形成的Fe<,3>O<,4>以及CrN含量越多。含氮馬氏體的晶格常數(shù)隨氮化處理溫度的提高而上升，該鋼在鹽浴滲氮中的激活能為190.9kJ/mol。 17-4PH不銹鋼進行鹽浴滲氮處理后，能得到較厚的滲氮