锻造核级316L奥氏体不锈钢的热处理和力学性能.pdf

作者简介:关帅()男辽宁沈阳人工程师主要从事水泵、阀门等检测工作文章编号:()锻造核级 奥氏体不锈钢的热处理和力学性能关 帅张 烜林晓青李志杰(.海装沈阳局辽宁 沈阳.沈阳盛世五寰科技有限公司辽宁 沈阳)摘要 小型轻水堆在军民两用领域具有广阔的应用前景 奥氏体不锈钢具有优异的耐热性和抗晶界腐蚀性能可用于小型轻水堆核电站管道和阀门的制造 本研究采用真空感应熔炼 锻造 固溶热处理的技术路线制备出兼具良好强度、延伸率和冲击韧性的 不锈钢其屈服强度、抗拉强度、延伸率和断面收缩率分别达到了 、和 均满足国标要求而且冲击韧性可达 /研究进一步分析了回火处理对 不锈钢力学性能的影响发现 的高温回火对 奥氏体不锈钢的力学性能具有严重的损害会导致 不锈钢冲击韧性降低 关键词 不锈钢回火热处理力学性能显微组织中图分类号:文献标志码:(.):./.:概述小型轻水堆是发电功率小于 兆瓦的核反应堆动力装置 随着核电技术的发展越来越多的国家开始关注小型堆的建设和应用 在民用方面小型堆可用于工业供热供汽、城市供暖、海水淡化等在军用方面小型轻水堆可用于建造核动力航母等 奥氏体不锈钢比大量使用的 不锈钢具有更高的镍含量并添加了约 的 使得 不锈钢具有更优异的耐腐蚀性和耐热性而通过降低 不锈钢中的碳含量开发出的 不锈钢抗晶界腐蚀性能更优秀 所以 不锈钢在小型轻水堆核电站用管道和阀门方面具有更广阔的应用前景 本研究采用了真空感应熔炼 热锻 热处理的工艺路线制备了 不锈钢并进一 年第 期阀 门步分析了热处理制度对其微观组织和力学性能的影响 实验过程根据国标(/)的成分要求采用纯铁及中间合金配置原料使用真空感应炉熔炼合金铸锭然后去冒口、扒表和锻造为直径 的棒材锻造加热温度 最后进行热处理热处理采用两种制度第一种为固溶温度 保温时间 下文称固溶态样品第二种为固溶温度 保温时间 冷却然后在回火保温 下文称回火态样品 材料的化学成分如表 所示表 材料的化学成分()编号测试成分 成分标准 依据标准(/)加工拉伸样品平行段长度 标距长度 平行段直径 两端加工 的螺纹并配合卡具起固定作用拉伸测试试验机型号为 拉伸速率 /依据标准(/)测试冲击韧性加工冲击样品尺寸为 中心缺口为 型深度 采用金相显微镜观察了样品的显微组织并使用扫描电子显微镜()观察了冲击样品断口 实验结果 拉伸实验分析图 给出了样品固溶状态的力学性能 对不同方向取样样品进行测试样品长度沿棒材轴向为“纵向”沿棒材半径方向为“横向”拉伸样品测试结果高于国标(/)给出的性能要求 其中横向屈服强度最低值为 抗拉强度最低值为 且均为横向低于纵向 如图()所示横向屈服强度比纵向低 左右抗拉强度横向低于纵向 左右 测试的横向延伸率最低值为 收缩率最低值 横向均小于纵向如图()所示横向延伸率比纵向低 左右收缩率横向低于纵向 左右在这些数据当中横向样品性能低于纵向样品主要原因是:锻造样品经过多向镦锻后晶粒已经细化最终拔长后晶粒拉长晶界平行于轴线方向虽然最终热处理后趋近于等轴晶组织但平行于轴线方向的晶界具有更小的晶界间距从而使得平行于轴线方向的强度和塑性更佳图 进一步给出了样品回火状态的力学性能对不同方向取样样品进行测试 拉伸样品测试结果高于国标(/)给出的性能要求 其中横向屈服强度最低值为 抗拉强度最低值为 且均为横向低于纵向 如图()所示横向屈服强度比纵向低 左右抗拉强度横向低于纵向 左右 测试的横向延伸率最低值为收缩率最低值 且横向收缩率小于纵向如图()所示横向延伸率与纵向基本相等收缩率横向低于纵向 左右()屈服强度和抗拉强度()断后延伸率和断面收缩率图 样品固溶状态力学性能回火样品的力学性能与固溶样品有明显改变屈服强度下降 左右但抗拉强度提高了 延伸率下降 收缩率下降 以上 金相组织观察图 给出锻造态、固溶态和回火态样品的金相组织观察方向为垂直于轴向放大倍数为 倍锻造态具有较高的铁素体含量经固溶处理后铁素阀 门 年第 期体完全消失材料为单一的奥氏体组织回火态金相组织与固溶态相近()屈服强度和抗拉强度()断后延伸率和断面收缩率图 样品回火状态力学性能()锻造态组织()固溶态组织()回火态组织图 样品金相组织 冲击韧性分析经测试固溶态样品冲击韧性达到 /相比而言回火态样品的冲击韧性大幅降低到了/回火后冲击韧性降低 结合图 和图 数据可知回火态样品的强度降低较小但韧性急剧下降 回火对 性能产生了不利影响奥氏体不锈钢的敏化温度在 范围当其在 保温时晶界上会形成大量的碳化物产生的原因是随着敏化温度的升高 原子的扩散驱动力增大碳化物析出量增多冲击性能下降 于是采用 技术对回火态样品的冲击断口的形貌进一步分析如图 所示 回火处理样品冲击断裂后断口出现了大量的韧窝仍属于韧性断裂但是韧窝分布并不均匀出现了较为平整的撕裂面而且整体上韧窝较浅 因此冲击韧性急剧降低图 回火态 样品冲击断口的 组织 结语()采用真空感应熔炼 锻造 固溶热处理的技术路线可以获得兼具良好强度、延伸率和冲击韧性的 不锈钢其强度和延伸率均满足国标要求而且冲击韧性可达 /()回火处理对 不锈钢的力学性能影响显著尤其是 的高温回火会导致 不锈钢的冲击韧性降低 参 考 文 献 罗雅鲁艳红.铁素体对 不锈钢冲击韧性的影响.压力容器():.孙浩伟张烜.阀门用锻造 不锈钢的力学性能.阀门():.庄博文张宪伟张俊飞等.第四代核反应堆用金属材料的研究进展:(一)熔盐反应堆.阀门():.翟金义张勇明.取样方向对力学性能的影响.山西机械():.谢甘霖.核电主管道 奥氏体不锈钢热变形过程的组织演变模拟.北京:北京科技大学.侯东坡宋仁伯项建英等.固溶处理对 不锈钢组织和性能的影响.材料热处理学报():.张剑桥刘承志.时效处理和氮含量对 超低碳奥氏体不锈钢冲击韧性的影响.特殊钢():.李树梁.不锈钢热处理组织与性能研究.江西:南昌航空大学.(收稿日期:)年第 期阀 门