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核反应堆用奥氏体不锈钢的力学行为研究

作　者: 韩鹏程
导　师: 沈寅忠
学　校: 上海交通大学
专　业: 核能与核技术工程
关键词: 奥氏体不锈钢拉伸性能应力锯齿流动动态应变时效
分类号: TG142.71
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

不锈钢由于其优良的耐腐蚀、耐辐照、耐高温和强度好而在核电站得到广泛应用。在未来的第四代新型反应堆中,奥氏体仍旧是重要的结构材料。304奥氏体不锈钢是最重要的不锈钢之一,在现有第二、三代反应堆的第一、第二回路中都有广泛应用。这两种条件下,不锈钢都工作在高温（超过300℃）和高压。所以研究304奥氏体不锈钢的力学性能及高温力学性能对于发展主管道材料是重要而有意义的。316L由于其综合性能方面优于304,大有取而代之成为新一代核电站主管道材料的趋势。本实验对304和316L奥氏体不锈钢棒状材料进行固溶处理,加热到1100℃保温60min,分别在机油,水和空气中冷却,在室温-400℃以应变速率为2×10-4s-1对304和316L不锈钢进行拉伸试验,探索观察不同冷却条件下力学性能的差异。采用了XRD衍射仪分析了上述两种材料的微观组织、结构等。三种冷却方式对奥氏体不锈钢的力学性能没有显著影响,304不锈钢油冷试样在室温拉伸产生了形变诱发马氏体相变,导致应力硬化。304低温下断口表面中间灰暗色,形貌为明显的蜂窝状,表面凹坑较多,呈平坦纤维状,符合典型的韧窝断裂特征,属典型的塑性断裂的延性断口。在300℃-700℃之间,以应变速率为2×10^-4s-1对316L不锈钢进行拉伸试验,探索其中的动态应变时效现象及规律。结果表明,316L奥氏体不锈钢在动态应变时效温度区间并没有出现屈服应力平台,在450℃-700℃之间既有正常的Portevien–Le Chatelier effect （PLC）效应,也有反PLC效应。锯齿形成的有效激活能为254kJ/ mol,扩散着Cr等置换型溶质原子与运动位错之间的交互作用使材料出现动态应变时效,导致锯齿流动行为。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-10
第一章绪论  10-20
  1.1 研究背景  10-11
  1.2 世界核电站的发展  11-14
  1.3 中国核电发展现状  14-15
  1.4 不锈钢的发展概况  15-16
    1.4.1 不锈钢的发展  15
    1.4.2 我国不锈钢的发展  15-16
  1.6 不锈钢组织  16
  1.7 奥氏体不锈钢  16-18
    1.7.1 奥氏体不锈钢中的相  16-17
    1.7.2 奥氏体相的优良性能  17
    1.7.3 奥氏体不锈钢的广泛应用  17-18
  1.8 不锈钢在核电站应用概述  18
  1.9 本研究工作的意义与内容  18-19
  1.10 本章小结  19-20
第二章实验材料与实验过程  20-24
  2.1 实验材料与制备  20-21
    2.1.1 实验材料  20
    2.1.2 热处理方法  20-21
  2.2 实验设备及方法  21-24
    2.2.1 试样加工  21
    2.2.2 拉伸实验  21-22
    2.2.3 光学显微分析实验  22
    2.2.4 X射线衍射分析实验  22
    2.2.5 扫描电子显微分析实验  22-24
第三章固溶处理不同冷却方式下奥氏体不锈钢的拉伸实验结果与讨论  24-41
  3.1 引言  24
  3.2 拉伸性能的测定和分析  24-31
    3.2.1 固溶处理冷却速度对不锈钢试样拉伸性能的影响  25-29
    3.2.2 拉伸温度对三种冷却方式性能影响比较  29-31
  3.3 304 奥氏体不锈钢室温下的马氏体相变  31-36
    3.3.1 固溶处理冷却速度对不锈钢试样室温拉伸性能的影响  31-33
    3.3.2 马氏体相变产生机制  33-34
    3.3.3 奥氏体不锈钢Ms、Md的计算  34
    3.3.4 不同冷却方式试样的微观分析  34-36
  3.4 304 不锈钢断口分析  36-39
    3.4.1 断口分析简介  36-37
    3.4.2 断口形貌  37-39
  3.5 本章小结  39-41
第四章316L奥氏体不锈钢高温拉伸时的动态应变时效  41-64
  4.1 引言  41-42
  4.2 316L不锈钢的PLC规律  42-52
    4.2.1 316L不锈钢的拉伸曲线  42
    4.2.2 温度对316L不锈钢PLC效应的影响  42-44
    4.2.3 应变速率对316L不锈钢PLC效应的影响  44-46
    4.2.4 锯齿波变化规律及产生机制  46-49
    4.2.5 合金元素对不锈钢组织和性能的影响  49-52
  4.3 DSA对316L不锈钢拉伸性能的影响  52-54
  4.4 316L不锈钢PLC效应的微观机制  54-63
    4.4.1 PLC效应的主要物理模型和理论  54-58
    4.4.2 扩散激活能计算  58-60
    4.4.4 反PLC机制  60-63
  4.5 本章小结  63-64
第五章结论与展望  64-66
  5.1 实验结论  64-65
  5.2 研究展望  65-66
参考文献  66-70
致谢  70-71
攻读学位期间发表或录用的学术论文  71-73

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