奥氏体不锈钢包壳管环向拉伸方法与性能研究

摘要

包壳管是反应堆内第一道安全屏障，服役过程中将承受裂变气体内压和芯块与包壳间机械应力的综合作用考验，变形主要发生在包壳管的环向方向，利用管材传统轴向拉伸测试方法难以对包壳管真实受力进行准确评估。鉴于此，本文以铅基反应堆包壳候选材料316Ti奥氏体不锈钢为研究对象，首先采用数值计算与环向拉伸试验相结合的手段，优化了管型件环向拉伸试样尺寸与摩擦系数，然后开展了温度和拉伸速率对316Ti包壳管的环向力学性能影响的试验研究。主要研究内容和结论如下:
　　采用Abaqus有限元软件数值计算手段，开展了试样标距段宽度与夹具间摩擦系数对试样应力应变分布的影响研究。结果表明:试样标距段宽度为2mm时，应力分布更加均匀，有利于防止应力集中;试样标距段应力随着摩擦系数的增加有增大的趋势。基于数值模拟结果，开展了试样标距段宽度与润滑剂对环向拉伸的影响验证试验。研究表明:虽然标距段宽度对强度影响很小，但标距段宽度2mm的试样表现出更好的塑性;试样强度随摩擦力的增大而增大，因此选用摩擦较小的石墨作为环向拉伸试样与夹具间的润滑剂。
　　根据优化的试样尺寸与润滑剂选择方案，开展了温度及拉伸速率对316Ti包壳管环向拉伸性能影响的试验研究。结果表明:不同拉伸速率下试样抗拉强度与屈服强度随着温度的升高而降低，变形量随着温度的升高呈现先降低后增加的趋势;不同拉伸速率条件下，均发生了动态应变时效(DSA)现象，且不同拉伸速率条件下均存在一个DSA敏感温度区间，随拉伸速率的增加，DSA敏感温度区间具有向高温移动的趋势。通过微观组织分析与溶质原子扩散激活能的计算，认为316Ti中C和N等间隙溶质原子与移动的位错反复发生的钉扎与脱钉扎作用是DSA现象产生的本质。
　　本文研究结果可为铅基反应堆包壳管环向性能的研究提供指导意义，并为铅基反应堆设计及安全分析提供数据支持。

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2．1 铅基反应堆的发展历史

1．2．2 包壳材料

1．3 环向拉伸

1．3．1 环向拉伸基础概论

1．3．2 环向拉伸方法研究现状

1．4 奥氏体不锈钢中动态应变时效现象

1．4．1 动态应变时效理论

1．4．2 动态应变时效的主要特征

1．4．3 动态应变时效研究现状

1．5 课题研究内容及意义

第二章 试验材料及研究方法

2．1 试验材料

2．2 研究方法

2．2．1 有限元模拟

2．2．2 环向拉伸试验

2．3 本章小结

第三章 环向拉伸影响因素研究

3．1．1 拉伸方案选择

3．1．2 拉伸过程及断口区域分析

3．1．3 试样标距段宽度对应力分布的影响

3．1．4 试样标距段宽度对应变分布的影响

3．1．5 夹具与试样间摩擦系数对应力分布影响

3．1．6 夹具与试样间摩擦系数对应变分布影响

3．2 试验研究结果分析

3．2．1 试样标距段宽度的确定

3．2．2 夹具与试样间润滑材料的选择

3．2．3 环向拉伸试验数据处理方法

3．3 本章小结

第四章 温度及拉伸速率对316Ti包壳管环向拉伸性能的影响研究

4．1 316Ti包壳管环向拉伸性能

4．1．1 温度对环向拉伸性能的影响

4．1．2 拉伸速率对环向拉伸性能的影响

4．2 显微组织分析

4．2．1 环向拉伸断口分析

4．2．2 形变机制分析

4．3．1 锯齿屈服现象

4．3．2 临界应变量

4．3．3 激活能的计算

4．3．4 应变速率敏感系数

4．4 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 主要结论

5．2 工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况