新型水堆用高强Fe-Cr-Ni系合金中温热时效脆化研究及显微组织表征

热时效脆化现象是水堆用高强Fe-Cr-Ni系合金普遍发生的现象，也是对水堆的安全性造成威胁的重要因素。新型水堆的运行工况较常用水堆更为恶劣，合金在该环境下更容易发生热时效脆化。本课题针对新型水堆的实际设计工况，采用高压釜模拟实际工况进行热时效试验和显微组织观测来研究高强Fe-Cr-Ni合金在400-500℃/10.3MPa过热蒸汽中的长期热时效脆化行为和组织演化的规律。采用EBSD、HRTEM等表征合金热时效奥氏体逆转变和马氏体spinodal分解组织变化，研究相变和热时效的机理及影响因素；采用固体经验电子理论对合金中温时效过程中奥氏体逆转变和马氏体分解进行描述，并通过建立数学物理模型对高强合金在堆内服役寿命进行预测。项目具有重要的理论意义和应用价值，有利于从本质上认识高强Fe-Cr-Ni系合金在过热蒸汽中的热时效脆化现象并对反应堆关键部位结构材料的设计选择提供帮助。

热时效脆化现象是水堆用高强Fe-Cr-Ni系合金普遍发生的现象，也是对水堆的安全性造成威胁的重要因素。新型水堆的运行工况较常用水堆更为恶劣，合金在该环境下更容易发生热时效脆化。本课题针对新型水堆的实际设计工况，采用高压釜模拟实际工况进行热时效试验和显微组织观测来研究高强Fe-Cr-Ni合金在400-500℃/10.3MPa过热蒸汽中的长期热时效脆化行为和组织演化的规律。采用SEM ,TEM等表征合金热时效奥氏体逆转变和马氏体spinodal分解组织变化，研究相变和热时效的机理及影响因素。实验结果表明固溶处理后的试样只有铁素体和奥氏体两相组成，当时效1个月后，明显有第三相析出相生成，而奥氏体相并没有明显的变化；当时效时间达到5个月时析出相随着时间的延长，析出量是逐渐增加的，并在铁素体中呈现出星状颗粒分布，析出相的形貌有条状的、椭圆状的并且呈现层状。而当时效时间延长到8个月时，析出相的量反而又有减少，并且铁素体相中有明显的坑状产生，有析出相脱落的痕迹。随着时效时间的初期，在前期铁素体的硬度是逐渐增大的；随着时间的延长到5个月左右的时间时，硬度值有300HV突然增加到345HV，出现一个硬度峰值，硬度达到最大；随后随着时效时间的再次延长，硬度又缓慢的下降到了320HV；然而，奥氏体相的硬度随时效时间的变化并不明显，基本维持在250HV左右。峰值的出现主要与spinodal分解产生的富铬相α’有关。固溶未时效处理的不锈钢在拉伸断裂过程中的最大承载载荷为5.60 KN，而经过时效处理2个月后的不锈钢的最大承载载荷为6.10 KN，时效处理5个月后所能承载的载荷为6.35 KN，而时效时间达到8个月时所承载的最大载荷稍微有所下降为6.30 KN，说明2205不锈钢在时效的过程当中，材料的强度确实有所提高；从另一方面来看，未时效处理的固溶退火试样在拉伸断裂是的总位移量为5.4mm，经过2、5、8个月时效处理后的总位移量降低，可以反映出材料在中温时效的过程当中发生了脆化，使材料的伸长率下降。长期时效后耐蚀性大大降低，与其析出相析出有关。项目已发表和接受论文18篇，国外SCI期刊9篇，授权相关专利2项。