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至德鋼業2520不銹鋼常規力學性能結果及分析報告

來源:至德鋼業 日期:2019-11-17 21:56:57 人氣:54

  浙江至德鋼業有限公司2520不銹鋼在4種溫度條件下的拉伸結果見表,由結果可知,即使在650℃條件下,2520不銹鋼的抗拉強度仍高于標準要求;試驗溫度范圍內的屈服強度均超過ASME對許用應力(90%屈服強度)的要求。因此,2520不銹鋼材料具有較好的拉伸性能。溫度升高時,材料強度會降低,延伸率會增加。2520不銹鋼在4種溫度條件下的屈服強度與抗拉強度的比值,結果表明,室溫條件下,2520不銹鋼的比值與低合金的相當,比較適中,材料具有較好的利用率和安全性;隨溫度升高,比值會降低,一旦工作應力超過屈服強度,塑性變形產生的加工硬化可增加材料的抗斷能力,能減少失效后的突然破壞。

 

  浙江至德鋼業有限公司比較了2520不銹鋼與幾種核電常用結構材料的拉伸性能,可為SCWR的材料選型提供參考。分析了2520不銹鋼拉伸性能與溫度的依賴關系,并與幾種核電常用結構材料進行了對比,可為SCWR的力學和溫度設計提供依據。分析表明:


(1)所有材料的抗拉強度和屈服強度都在溫度升高時,表現為降低,但降低的速率有所不同;


(2)大多數材料的延伸率都在溫度升高時,表現為降低,尤其是650℃條件下。只有2520不銹鋼的延伸率隨溫度的升高而升高;


(3)沉淀硬化強化的718鎳基合金,在幾種材料中,具有最高的強度,最低的塑性,強塑性匹配不佳;


(4)總體而言,2520不銹鋼與其它幾種合金相比,具有較適中的拉伸性能,比較好的強塑性匹配,從力學角度看,適宜用作SCWR燃料包殼材料。

 

   由于Fe-Cr-Ni體系的材料作為燃料包殼時比鋯合金的中子經濟性差,鋯的熱中子吸收截面約為0.2b;而Fe、Cr、Ni的分別為2.6b、3.1b、4.5b,其中,鎳含量對中子經濟性的影響最明顯,因此將候選材料2520不銹鋼的力學性能分析和評價盡量結合與鎳含量的關系進行,可具有較好的工程經濟性。圖為拉伸性能與鎳含量的相關性分析圖。分析表明:鎳含量在10%~40%時,材料的強度變化不明顯,只有少量波動,310S的Ni含量屬于該范圍。鎳含量很高時(超過40%)材料的強度明顯升高,如718合金。圖為延伸率與鎳含量的分析。鎳含量在10%~40%時,材料的高溫延伸率變化不明顯,但室溫延伸率波動較大。采用掃描電鏡(SEM)觀察了拉伸后的斷口形貌,其拉伸斷口呈現比較明顯的韌窩特征,韌窩較深,有些大韌窩中還有小韌窩,材料具有較好的韌性。觀察到了分布在斷口上的細小第二相。

 

  2520不銹鋼的室溫沖擊韌性結果,并與其它幾種核電常用堆內結構材料進行了比較。結果表明,2520不銹鋼的3件平行試樣在試驗后均未完全斷裂,如圖所示,呈現較高的沖擊韌性,具有應用于SCWR燃料包殼的可行性。圖為沖擊功與鎳含量的分析圖。分析表明,沖擊韌性與鎳含量的關系不是單調增減的關系,鎳含量過多和鎳含量過少時材料的沖擊韌性都較差,而鎳含量在10%~40%時有較好的沖擊韌性,2520不銹鋼即屬此范圍。沖擊功隨鎳含量變化的波動曲線與室溫延伸率隨鎳含量變化的波動曲線形狀很吻合,變化趨勢很一致,說明沖擊功、延伸率這兩項塑韌性指標有很強的對應關系。

 

 此外,研究了550℃×2000h時效對2520不銹鋼的沖擊性能的影響,并與其它幾種材料進行了對比結果表明:


(1)32520不銹鋼在熱時效后的沖擊韌性有小幅降低,試樣在沖擊后發生了斷裂,沖擊韌性低于加Mo的Ni含量稍高一些的另一種高級奧氏體不銹鋼6XN,但具有應用于SCWR堆內薄壁部件的潛質;


(2)大多數試樣在550℃長期時效后,其室溫沖擊韌性均有所下降,這種變化是由于奧氏體相(γ)是過飽和固溶體,在受熱條件下,將會發生擴散控制的脫溶沉淀,即碳化鉻在此溫度范圍內沉淀在晶界所致;


(3)熱時效后,韌性降低最明顯的為316Ti不銹鋼,降低約38%;


(4)718合金熱時效前后的沖擊韌性均最低,與其最高的拉伸強度對應;(5)347的沖擊韌性則在時效后略有升高,顯現與其他6種材料不一樣的變化趨勢。


  2520不銹鋼在熱時效后沖擊韌性變化不太大,暗示了550℃條件下2000h的熱老化(時效)未使310S產生明顯的組織變化。采用掃描電鏡(SEM)分析了沖擊斷口,可知,比拉伸斷口的明顯韌窩特征相比,其典型斷口的韌窩特征不明顯,更多的表現為平面撕裂態,因其承受載荷的方向不同。高溫時效后,斷口特征呈現了一定的解理脆性。經金相檢查,時效后2520不銹鋼的第二相細小彌散,暫未觀察到第二相更多的析出、長大,或第二相明顯的數量變化或尺寸變化。其顯微組織在短試驗周期內具有較好的穩定性,尤其優于沖擊韌性變化較大的材料,例如316不銹鋼,可為SCWR中的中長期服役提供性能保障,滿足國際上對SCWR選材關注點中的―尺寸及微觀結構的穩定性。


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本文標簽:2520不銹鋼 

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