新型奥氏体不锈钢的热加工工艺研究

摘要

超临界水冷堆（SCWR）具有热效率高、系统结构简化、安全性好、经济性良好、核燃料利用率高等众多优点，但其特殊的工作条件要求包壳材料具有较高的耐腐蚀性能。310S奥氏体不锈钢是SCWR燃料包壳材料的候选之一，但目前商用的310S不锈钢尚不能完全满足其需要。因此，本文针对Zr微合金化和Ti-Nb-W微合金化两种新型310S不锈钢，系统性地研究了其在熔炼、锻造、热轧、固溶处理及稳定化处理等热加工工序中的显微组织演变和耐腐蚀性能，确定了合理的热加工工艺。
　　本文研究了两种微合金化310S不锈钢在真空感应熔炼、高温锻造、高温热轧及热处理阶段的显微组织演化。结果表明，两种不锈钢在凝固时组织内并无铁素体产生，均属于纯奥氏体凝固模式。经过锻造和热轧后，组织中出现了弥散分布的碳化物颗粒和体积较大的Zr(C,N)或(Ti,Nb)(C,N)。经过固溶处理，获得了晶粒形状大小均一的单相奥氏体组织，且大块的碳氮化物大部分已溶入奥氏体基体中。其中，1150oC是Zr微合金化310S的合理固溶温度，1100oC是Ti-Nb-W微合金化310S的合理固溶温度。由于微合金元素的添加使两种不锈钢的敏化温度提高，不同温度的稳定化处理会产生不同的析出情况。950oC稳定化处理后，两种不锈钢的组织中会出现大量M23C6或σ相。1000oC和1050oC稳定化处理后，除了弥散分布的碳化物外，还有球形的MC型碳化物和大体积、形状规则的Zr(C,N)或(Ti,Nb)(C,N)存在。
　　本文采用电化学的方法，通过Tafel极化曲线、双环电化学动电位再活化（DL-EPR）实验和10%草酸浸蚀实验研究了热处理工艺对材料耐腐蚀性能的影响。研究表明，稳定化处理温度对于两种不锈钢的耐均匀腐蚀性能影响不大，但会通过影响第二相析出来改变不锈钢的耐晶间腐蚀性能。在950~1050oC范围内，随着稳定化温度的提高，材料的耐晶间腐蚀敏能力逐渐提高，但相对于固溶态却没有提升甚至有所降低。两种不锈钢组织中的 M23C6、σ相和 Zr(C,N)或(Ti,Nb)(C,N)对材料的耐晶间腐蚀能力伤害很大。对于两种不锈钢来说，1150oC×45min或1100oC×45min的热处理能同时起到固溶和稳定化两个作用，既能使M23C6充分溶解，又能促进Zr、Nb、Ti等微合金元素的碳化物的弥散析出，使材料具备较高的耐均匀腐蚀和耐晶间腐蚀能力。

目录

声明

1 绪论

1.1 超临界水冷堆研发现状

1.2 燃料包壳候选材料概述

1.3 310S奥氏体不锈钢的特点

1.4 研究目的及意义

2 实验材料及方法

2.1 实验材料

2.2 实验设备与方法

3 微合金化310S不锈钢的熔炼、锻造和热轧工艺

3.1 实验材料

3.2 微合金化310S不锈钢的熔炼

3.3 微合金化310S不锈钢的锻造

3.4 微合金化310S不锈钢的热轧

3.5 硬度变化

3.6 本章小结

4 微合金化310S不锈钢的热处理工艺

4.1 实验材料及方法

4.2 固溶处理对组织性能的影响

4.3 稳定化处理对组织性能的影响

4.4 本章小结

5 微合金化310S不锈钢的耐腐蚀性能

5.1 实验材料及方法

5.2 耐均匀腐蚀性能

5.3 耐晶间腐蚀性能

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢