模拟工况热老化对核电用不锈钢动态力学性能的影响

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1、密级无分类号TG142.71XI’ANTECHNOLOGICALUNIVERSITY硕士学位论文题目:模拟工况热老化对核电用不锈钢动态力学性能的影响作者：黑高体雨4雨号指导教师：王正品教授申请学位学科：材料加工工程2018年5月2日模拟工况热老化对核电用不锈钢动态力学性能的影响学科：材料加工工程研究生签字：指导教师签字：摘要Z3CN20-09M不锈钢因具备良好的抗热裂纹形成能力、抗应力腐蚀能力以及良好的力学性能，被广泛应用于核电一回路主管道材料。但一回路运行工况为高温、高压、高流速介质，长期运行后会引起管道的热老化脆化，对核电站的安全运行造成威胁。因此，研究该材料长期服役后

2、的性能变化具有非常重要的意义。本文将Z3CN20-09M不锈钢分别于400℃和350℃模拟工况环境下热老化1000h、3000h、5000h、10000h、15000h，对热老化后的试样进行了显微组织分析、示波冲击和冲击拉伸性能测试，并利用扫描电子显微镜观察了示波冲击和冲击拉伸试断口形貌。得出如下结论：金相组织分析结果显示铁素体形貌及铁素体含量不受热老化时长的影响；经400℃模拟工况热老化3000h后材料的铁素体中开始发生调幅分解，随着老化时间的延长调幅分解程度进一步加深，当热老化时间达10000h后材料的铁素体中的调幅分解接近平衡状态，可清晰地观察到黑白相间的调幅分解产物

3、，热老化时长达15000h时调幅分解基本结束；经350℃模拟工况热老化10000h后铁素体中开始发生调幅分解，随着热老化时间的延长，调幅分解程度逐步加深；经400℃和350℃模拟工况环境热老化后的奥氏体相亚结构的变化规律相似，随着热老化时间的延长，奥氏体中的位错和层错密度逐渐降低。示波冲击试验结果表明：随着热老化时间的延长，经400℃和350℃模拟工况热老化后材料的冲击性能因铁素体中发生调幅分解均大幅度降低，材料的断裂方式由微孔聚集型韧性断裂逐渐向准解理以及解理断裂方式过渡。经过对冲击功的定量分析发现，材料冲击韧性的降低主要是由于裂纹不稳定扩展起始功Wiu的降低导致。冲击拉

4、伸试验结果表明：热老化导致试样的屈服强度和抗拉强度减小，延伸率和断面收缩率降低，说明热老化后材料的冲击拉伸性能降低。在高速拉伸条件下，因热老化时长过短，材料的断口仍然表现为以韧窝为特征的韧性断裂。关键词：Z3CN20-09M不锈钢；模拟工况；热老化；显微组织；示波冲击；冲击拉伸EffectofSimulatedWorkingConditionThermalAgingonDynamicMechanicalPropertiesofNuclearStainlessSteelDiscipline:MaterialsProcessingEngineeringStudentSignat

5、ure:SupervisorSignature:AbstractZ3CN20-09MstainlesssteelhasbeenwidelyusedinprimarycoolantloopofPWRduetoitsgoodanti-hotcracks,anti-stresscorrosionandgoodmechanicalproperties,butthepipeswillbeembrittledafterlong-timeserviceinthemediumofhightemperature,pressureandhighflowratetothreatenthesafe

6、tyofthenuclearplantoperation.Therefore,itisveryimportanttoexplorethepropertiesofthestainlesssteelafterlongtermservice.Inthispaper,Z3CN20-09Mstainlesssteelsaretreatedwith400℃and350℃simulatedworkingmediumfor1000h,3000h,5000h,10000hand15000h,themicrostructure,theinstrumentedimpactandimpact-te

7、nsilepropertiesoftheagedspecimenshavebeeninvestigated.Moreover,thefracturemorphologiesoftheinstrumentedimpactandimpact-tensilespecimenshavebeenobservedbyuseofSEM.Theresultsareasfollows:Thereisnoobviousinfluenceoflongtimeagingontheshape,sizeandvolumefractionoff