【摘要】：隨著核電事業(yè)的蓬勃發(fā)展,人們?nèi)找骊P(guān)注核電站關(guān)鍵材料的服役安全問(wèn)題。316奧氏體不銹鋼具有優(yōu)良的耐腐蝕性能和力學(xué)性能,被廣泛地用于壓水堆核電站回路管道和堆內(nèi)構(gòu)件材料。冷變形可以顯著提高奧氏體不銹鋼的屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度。同時(shí),冷變形能夠產(chǎn)生位錯(cuò)、變形帶、機(jī)械孿晶和形變誘導(dǎo)馬氏體等缺陷,進(jìn)而會(huì)對(duì)核電奧氏體鋼的應(yīng)力腐蝕開裂(StressCorrosionCracking,SCC)與疲勞行為產(chǎn)生不同程度的影響。冷拔316奧氏體不銹鋼主要用于壓水堆堆內(nèi)高強(qiáng)度螺栓材料。本文發(fā)現(xiàn)冷拔316不銹鋼中形成大量位錯(cuò)、變形帶和機(jī)械孿晶。目前,冷拔316不銹鋼在高溫高壓含氯硼鋰溶液中SCC行為仍缺乏深入研究,冷拔316不銹鋼在含氯硼鋰溶液中SCC裂紋尖端演化規(guī)律認(rèn)識(shí)還不夠完善,而且,冷拔316不銹鋼在循環(huán)變形中的位錯(cuò)結(jié)構(gòu)演化規(guī)律有待深入研究,對(duì)于循環(huán)變形中機(jī)械孿晶與位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)交互作用機(jī)理的認(rèn)識(shí)還需要進(jìn)一步完善。對(duì)這些問(wèn)題的研究可以進(jìn)一步提高人們對(duì)冷拔316奧氏體不銹鋼SCC與疲勞行為的認(rèn)識(shí),為該鋼種的服役性能評(píng)估提供理論基礎(chǔ)與實(shí)驗(yàn)依據(jù)。本文主要研究壓水堆高強(qiáng)度螺栓用冷拔316奧氏體不銹鋼在模擬壓水堆環(huán)境中SCC行為與室溫疲勞行為,利用SEM與TEM觀察分析SCC裂紋尖端微觀結(jié)構(gòu),研究冷拔變形對(duì)316奧氏體不銹鋼在模擬壓水堆環(huán)境中氯致SCC行為的影響機(jī)理,分析討論冷拔316奧氏體不銹鋼在循環(huán)變形中的位錯(cuò)結(jié)構(gòu)演化規(guī)律,探討機(jī)械孿晶與位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)交互作用機(jī)理。本文的主要研究結(jié)論如下:(1)冷拔316不銹鋼奧氏體晶粒中形成大量位錯(cuò),機(jī)械孿晶與變形帶組成的網(wǎng)絡(luò)分割并細(xì)化奧氏體晶粒。沒有觀察到冷拔316不銹鋼發(fā)生形變誘導(dǎo)馬氏體相變。(2)固溶與30%冷拔316奧氏體不銹鋼在模擬壓水堆環(huán)境中SCC慢拉伸實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,冷拔處理與腐蝕介質(zhì)中氯離子添加都可以顯著提高316不銹鋼SCC敏感指數(shù)。在硼鋰溶液中,固溶316不銹鋼沒有發(fā)生SCC行為,而30%冷拔316不銹鋼斷口邊緣為河流狀脆性準(zhǔn)解理斷口,表現(xiàn)出穿晶SCC特征,SCC敏感指數(shù)約為16.7%。在含氯硼鋰溶液中,固溶和30%冷拔316不銹鋼均表現(xiàn)出穿晶SCC特征,而且,30%冷拔316不銹鋼的SCC敏感指數(shù)(27.0%)明顯高于固溶316不銹鋼(11.5%)。在SCC過(guò)程中,機(jī)械孿晶和變形帶等缺陷可以為氧的擴(kuò)散提供通道,加速裂紋萌生與擴(kuò)展。冷拔316不銹鋼的陽(yáng)極溶解過(guò)程與裂紋尖端形成的氧化物有密切關(guān)系,在含氯硼鋰溶液中,具有較高耐腐蝕性能的富Cr氧化物首先在SCC裂紋尖端形成,然后富Cr氧化物與溶解氧、H_2O反應(yīng),隨著SCC裂紋擴(kuò)展,裂紋側(cè)面形成富Fe氧化物。(3)冷拔316奧氏體不銹鋼室溫疲勞實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,當(dāng)應(yīng)變幅小于0.5%時(shí),30%冷拔316不銹鋼的軟化速率明顯小于20%冷拔316不銹鋼;當(dāng)應(yīng)變幅大于0.5%時(shí),30%冷拔316不銹鋼的軟化速率稍微大于20%冷拔316不銹鋼,但是兩者比較接近。在冷拔316奧氏體不銹鋼室溫疲勞過(guò)程中,存在滿足循環(huán)軟化的門檻應(yīng)變。冷拔316不銹鋼的高周疲勞壽命明顯高于固溶316不銹鋼。30%冷拔316不銹鋼具有更高比例的彈性應(yīng)變,在低于0.8%的應(yīng)變范圍下,表現(xiàn)出更長(zhǎng)的高周疲勞壽命。20%冷拔316不銹鋼具有更高比例的塑性應(yīng)變,在高于0.8%的應(yīng)變范圍下,表現(xiàn)出更長(zhǎng)的低周疲勞壽命。冷拔產(chǎn)生的高密度位錯(cuò)促進(jìn)位錯(cuò)胞的形成。(4)冷拔316不銹鋼中機(jī)械孿晶間距會(huì)顯著影響循環(huán)變形過(guò)程中的位錯(cuò)結(jié)構(gòu)演化,機(jī)械孿晶對(duì)位錯(cuò)的約束作用會(huì)隨著孿晶間距減小而增大。機(jī)械孿晶與變形帶組成的網(wǎng)絡(luò)有效地減少了駐留滑移帶(PersistentSlipBand,PSB)的形成,尤其降低了PSB結(jié)構(gòu)貫穿奧氏體晶粒的機(jī)率,延緩了疲勞裂紋的萌生。(5)利用高分辨TEM觀察發(fā)現(xiàn),一方面,位錯(cuò)可以沿著孿晶界滑移,另一方面,位錯(cuò)會(huì)受到孿晶界阻礙,在循環(huán)載荷作用下,逐漸發(fā)生位錯(cuò)反應(yīng),并在孿晶界上形成單個(gè)原子層臺(tái)階,原子層臺(tái)階沿孿晶界運(yùn)動(dòng),逐漸合并形成較大尺寸的臺(tái)階。(6)冷拔316不銹鋼中的變形帶在循環(huán)載荷作用下按照交滑移方式運(yùn)動(dòng),變形帶中的螺位錯(cuò)湮滅降低了變形帶內(nèi)的位錯(cuò)密度,并促使胞狀結(jié)構(gòu)形成。