核電用鑄造奧氏體不銹鋼形變與斷裂機(jī)理研究.pdf

1、本文應(yīng)用金相顯微鏡(OM)原位拉伸、掃描電鏡(SEM)原位拉伸對國產(chǎn)靜態(tài)鑄造奧氏體不銹鋼、國產(chǎn)離心鑄造奧氏體不銹鋼和法國產(chǎn)離心鑄造奧氏體不銹鋼的原始態(tài)，及熱老化300h，3000h和10000h后的微型試樣的塑性變形、裂紋萌生與擴(kuò)展的動態(tài)過程進(jìn)行了原位觀察。在考慮到鑄造方式和老化時間對材料形變和斷裂行為的影響下，查明不同鑄造方法生產(chǎn)的Z3CN20-09M鑄造奧氏體不銹鋼的形變和斷裂機(jī)理，以期從微觀角度對三種鋼的性能做出評價，為實現(xiàn)核電站

2、管道用鋼國產(chǎn)化提供一定的理論依據(jù)，對提高核電站的安全，延長核電站的運營壽命提供技術(shù)支持。先期薛玉婷、張琳琳等人的課題中對不同鑄造奧氏體不銹鋼的原始態(tài)，及熱老化后的常規(guī)力學(xué)性能與熱老化機(jī)理的研究表明，隨著熱老化時間的延長，三種鑄造奧氏體不銹鋼均有強(qiáng)度增大，塑性下降的趨勢；其中鐵素體相的硬度均增加，而奧氏體相的硬度幾乎不變。室溫下，熱老化時間對國產(chǎn)鋼管的強(qiáng)塑性影響顯著，長時間熱老化對法國鋼管的強(qiáng)度影響顯著。本課題則是在常規(guī)性能研究的基礎(chǔ)上的

3、更深入的微觀機(jī)理研究與探討。
　　 本文對鑄造奧氏體不銹鋼的原始態(tài)，及熱老化后的原位拉伸的OM與SEM的原位觀察表明，三種鋼受力后塑性變形的滑移總是先發(fā)生在奧氏體相中，初始滑移線方向與條帶狀的鐵素體相分布的方向大致平行。隨著載荷增加，奧氏體中的滑移線在逐步變得密集的同時，從單系滑移發(fā)展為多系滑移且同一奧氏體晶粒內(nèi)部的滑移線多相交成為60°或90°。形狀較大的或成網(wǎng)狀分布的鐵素體周圍的奧氏體變形量?。恍螤钚?，成細(xì)條狀或孤島狀的鐵素

4、體周圍的奧氏體的變形量大。當(dāng)奧氏體的滑移線布滿整個試樣形變區(qū)時，鐵素體中才開始出現(xiàn)滑移線，與奧氏體中的滑移相比，鐵素體中出現(xiàn)的滑移線少、間距大且方向單一，隨著加載增大發(fā)展成滑移臺階，并變寬。不同形貌的鐵素體在奧氏體相中的強(qiáng)化作用不同，決定鑄造的奧氏體不銹鋼在受力變形后的塑性變形形貌。本研究結(jié)果首次發(fā)現(xiàn)，鐵素體中的滑移線可以穿過共格的γ/α相界面，而不能穿過非共格的γ/α相界面。奧氏體和鐵素體相界面的共軛程度決定鑄造奧氏體不銹鋼中γ/α相

5、界面的強(qiáng)度，共格區(qū)域越多，共軛程度越高，相界面具有的強(qiáng)度越高。離心鑄造成的奧氏體不銹鋼，和靜態(tài)鑄造奧氏體不銹鋼相比，鐵素體相和奧氏體相具有更好的位向關(guān)系，即共格相界多，共軛關(guān)系顯著，γ/α相界的塑性變形能力強(qiáng)。本研究發(fā)現(xiàn)的關(guān)于相界面上的塑性變形滑移規(guī)律尚未見到其它的研究報道。鑄造奧氏體不銹鋼的裂紋萌生方式分三種：γ/α相界面上，雜質(zhì)粒子附近或是縮松處。γ/α相界面與拉應(yīng)力方向夾角越接近90°，裂紋越容易在相界面上形核并沿界面發(fā)生擴(kuò)展，或

6、者向鐵素體相內(nèi)擴(kuò)展。鑄造縮松和雜質(zhì)粒子引發(fā)的裂紋的擴(kuò)展方向由它所處的位置決定，處于鐵素體中的裂紋比處于奧氏體相中的裂紋更容易發(fā)生擴(kuò)展，一般擴(kuò)展方向與拉伸方向垂直，這是因為沿著孔洞周圍由于應(yīng)力的集中有垂直于拉伸方向的顯微裂紋在這里聚集。短時間熱老化對相界面的強(qiáng)度和變形無顯著影響。隨著熱老化時間的延長，γ/α相界面的脆性增大，裂紋在相界面上萌生的趨勢增大，裂紋向鐵素體相內(nèi)擴(kuò)展的趨勢增大。國產(chǎn)靜態(tài)鑄造奧氏體不銹鋼隨著熱老化時間的延長鐵素體相的