12NiCrMo壓力容器鋼的高溫力學(xué)性能
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更新時(shí)間：2016-02-17
經(jīng)過(guò)多年探索研究，國(guó)際上普遍認(rèn)為SA508-3鋼是最適于制造核用壓力容器鍛件的材料。但隨著反應(yīng)堆壓力容器趨向大型化和一體化，SA508-3鋼對(duì)特厚截面上組織均勻性和穩(wěn)定性難以保證。同時(shí)根據(jù)我國(guó)復(fù)雜的地理環(huán)境，具有更高強(qiáng)塑性和淬透性的承壓材料12NiCrMo鋼逐步替代SA508-3鋼。
?經(jīng)過(guò)多年探索研究，國(guó)際上普遍認(rèn)為SA508-3鋼是最適于制造核用壓力容器鍛件的材料。但隨著反應(yīng)堆壓力容器趨向大型化和一體化，SA508-3鋼對(duì)特厚截面上組織均勻性和穩(wěn)定性難以保證。同時(shí)根據(jù)我國(guó)復(fù)雜的地理環(huán)境，具有更高強(qiáng)塑性和淬透性的承壓材料12NiCrMo鋼逐步替代SA508-3鋼。
12NiCrMo鋼滲碳體中Cr含量較高，增大了基體的形變抗力，同時(shí)提高了鋼淬透性及服役期間的穩(wěn)定性。科研人員針對(duì)承壓材料12NiCrMo鋼，在Gleeble-1500D熱模擬機(jī)上采用凝固法在800～1250℃范圍內(nèi)進(jìn)行高溫拉伸試驗(yàn)，通過(guò)對(duì)抗拉強(qiáng)度、斷面收縮率、斷口形貌等分析，掌握該材料在高溫使用情況下的組織性能變化規(guī)律。
試驗(yàn)材料為12NiCrMo鋼，各種元素成分均在ASME?SA-508/SA-508M標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，主要化學(xué)成分見(jiàn)表1。軋制后顯微組織主要為大量板條狀馬氏體及貝氏體的混合組織，板條狀馬氏體沿奧氏體晶界產(chǎn)生，同時(shí)由于12NiCrMo鋼含有Cr較高，形成細(xì)小的Cr-C化合物，形成細(xì)小復(fù)雜的貝氏體組織，與文獻(xiàn)所述基本吻合，測(cè)定其硬度為412HV。
表1??試驗(yàn)用鋼的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）
元素
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C
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Mn
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P
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S
|
Cr
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Ni
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Mo
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實(shí)測(cè)
|
0.12
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0.36
|
0.0054
|
0.0034
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2.40
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3.64
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0.60
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ASME
SA-508
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≤0.23
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0.2～0.4
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≤0.02
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≤0.015
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1.5～2.9
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2.8～3.9
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0.4～0.6
|
?
根據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T4338-2006《金屬材料高溫拉伸試驗(yàn)方法》將12NiCrMo鋼加工成Φ10mm×120mm的圓棒試樣，軸向垂直于軋制方向進(jìn)行取樣，采用Gleeble-1500D模擬試驗(yàn)機(jī)對(duì)試樣進(jìn)行試驗(yàn)。
將試樣水平放置在試驗(yàn)臺(tái)上，抽真空后進(jìn)行試驗(yàn)。以10℃/s的速度加熱至1250℃并保溫3min，使各元素均勻化，之后以3℃/s的冷卻速度降到拉伸測(cè)試溫度（800、900、1000、1100、1150、1180、1200、1220、1230、1250℃），保溫3min后，以ε=0.001s-1的形變速率進(jìn)行拉伸至斷裂為止。待拉伸結(jié)束后立刻噴水冷卻試樣，保留斷口高溫組織狀態(tài)。在計(jì)算斷面收縮率及抗拉強(qiáng)度后，對(duì)不同溫度下水冷斷口的硬度進(jìn)行測(cè)定。試驗(yàn)結(jié)果表明：
（1）試驗(yàn)溫度顯著影響12NiCrMo鋼的高溫力學(xué)性能，在800～1200℃范圍內(nèi)，抗拉強(qiáng)度隨溫度的升高而降低，溫度高于1100℃進(jìn)行拉伸時(shí)，出現(xiàn)不同程度的動(dòng)態(tài)回復(fù)及再結(jié)晶現(xiàn)象。（2）12NiCrMo鋼的整體熱塑性較好，斷面收縮率在各溫度區(qū)間下均大于40%，但存在偏向高溫側(cè)的第Ⅱ脆性區(qū)（1209～1230℃），該溫度區(qū)間發(fā)生脆性斷裂幾率較大，斷面收縮率最低時(shí)僅為50%。
（3）12NiCrMo鋼在1100℃、1250℃拉伸時(shí)，發(fā)生韌性斷裂，形成斷口主要為等軸韌窩，含有一定穿晶延性斷裂。而1230℃拉伸斷口形成明顯的沿晶脆性斷裂，裂紋起源于試樣心部，并可看到二次裂紋形貌，脆性斷裂主要與氧化物沿晶界析出有關(guān)。
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