核电用SA508-3钢大型锻件的内部裂纹缺陷分析及工艺优化

SA508-3钢是目前大型核反应堆压力容器的主要材料,从材料成形角度提高SA508-3钢大型锻件整体性能从而提高零件安全性是大型铸锻件研究的重要方向。通过对传统锥板镦粗+平板旋转展平工艺成形的SA508-3钢大型锻件的超声波探伤密集型缺陷进行失效分析,得到缺陷为呈断续锯齿状的裂纹缺陷,缺陷产生的原因与微观偏析带引起的金属材料组织和性能不均有关。采用数值模拟方法,对传统工艺与锥板镦粗+胎模旋转展平新工艺进行比较分析。结果表明,采用新工艺时,锻件内部金属在三向压应力下发生大变形,可避免新裂纹产生,有利于已有闭合裂纹的焊合,锻件组织更加均匀。实际生产过程中,该方法可有效减少SA508-3钢大型锻件中的密集型裂纹缺陷。     

AL6R01Z铝合金外壳粗加工开裂失效分析

针对铝合金外壳粗加工过程中产生的开裂问题，采用金相显微镜、扫描电镜及能谱仪对外壳件开裂样品进行检测和分析。铝合金外壳精锻后，锻件表面显示出变形不均匀的锻造流线，锻件圆角部位的变形量最大，在精锻件样品表层存在弯曲变形的表面裂纹，推测为锻造折叠裂纹。铝合金外壳粗加工后，沿变形量最大的外壳圆角底部产生开裂，开裂件样品的表面裂纹扩展特征呈弯曲圆弧状，裂纹间隙存在纤维组织以及酸洗残留腐蚀凹坑，由此推测表面裂纹属于热加工锻造裂纹。并且，在裂纹尾部存在塑性不足造成的龙爪状挤压裂纹，表明样品表层存在温度偏低现象。能谱测试结果表明，裂纹间隙的氧含量高达23.35%,说明该表面裂纹经过高温氧化，进一步验证了表面裂纹是在锻造过程中产生的。分析得出造成铝合金外壳开裂的主要原因为：锻造过程中的锻件表层温度低、材料塑性不足，导致锻件表层与次表层变形不一致，从而在锻件变形量最大的圆角底部产生锻造折叠裂纹，而锻造过程的持续变形使得表面裂纹重新闭合，但由于粗加工过程中发生应力释放，导致表面裂纹再次张开。     

F22阀体锻件超声探伤不合格原因的分析

采用5.5t锭型锻造的F22钢锭阀体锻件超声波探伤合格率较低。本文通过无损检验、金相分析、扫描电镜分析、能谱分析等检测手段对超声波探伤不合格试样进行了研究。结果表明:引起阀体锻件超声波探伤不合格的原因是锻件内部中心区域珠光体带中存在微裂纹。微裂纹产生的原因:一方面是钢锭中心锰、钼合金元素偏析引起的组织应力及锻件锻后冷速较快引起的热应力;另一方面是锯切后的钢锭心部存在的裂纹在加热过程中氧化导致锻件一端心部未锻合。     

大型钢锭内部孔洞性缺陷锻合过程的数值模拟和实验研究

本文是作者一篇论文的详细摘要。作者对锻件内部孔洞消除机制作了实验研究,对锻造过程孔洞压合和应变分布用塑性有限元法进行数值模拟,并对锻造坯料内部应变分布作了试验量测。研究结果表明:大锻件内部孔洞的锻合过程由变形、压合、焊合三个阶段组成,孔洞只有在高温下才能焊合;孔洞闭合度λ与最大压应变ε_1呈线性关系,孔洞的几何因素和工具接触表面摩擦不改变这种规律,但可使应变向坯料心部集中,有利于闭合心部孔洞;用平砧拔长时,砧宽比应取0. 51以上,而用FM 法时,砧宽比应大于0. 4。作者建议制定大钢锭锻造工艺时,要注意:1) 尽量使最大压应变ε_1的方向同内部孔洞的短轴相一致;2) 拔长时应使用合理的砧宽比;3) 压合内部孔洞要在较高温度下进行。     

淬火冷速对大型核电压力容器用钢显微组织和力学性能的影响

采用光学显微镜和力学性能测试等研究了淬火冷速对大型核电压力容器用SA508-3钢显微组织及力学性能的影响,尤其对落锤冲击性能的影响。结果表明:随着冷速的增加,SA508-3钢的显微组织由宽大的上贝氏体+粒状贝氏体组织向细小下贝氏体+马氏体组织转变。淬火冷速对SA508-3钢的常/高温强度影响不大,而对冲击韧性的影响显著,尤其对零塑性转变温度(NDTT)的影响显著。低冷速下的NDTT只能达到≥-13.3℃,而高冷速下的NDTT大幅度降低,达到≤-48.3℃。     

12Cr2Mo1大型钢锭锻造裂纹分析与控制

12Cr2Mo1大型钢锭在锻造生产过程中经常发生开裂现象,对锻造生产过程和锻件质量造成了很大影响。通过试验分析,在裂纹试样断口上观察到大量的球状颗粒物,经能谱分析确定其为夹杂物。制备金相试样,观察裂纹区域夹杂物的分布状态和金相组织,发现沿裂纹线分布有大量细小夹杂物。同时,发现裂纹线附近区域的晶粒比正常区域小,分析其原因为:细小夹杂物钉扎晶界,阻碍了裂纹区域晶粒在锻造高温状态下的长大,从而产生了混晶现象。另外,裂纹线附近区域因脱碳存在大量铁素体,导致在锻造过程中裂纹更易扩展。通过扫描电镜和能谱分析,进一步确认了金相试样裂纹区域的夹杂物同断口中的夹杂物同为MnO-Cr_2O_3复合夹杂物。结合分析结果制定了夹杂物和有害元素的控制措施,并通过研究分析12Cr2Mo1大型钢锭的高温强度和塑性,确定了该材质的易裂敏感温度区间。     

核反应堆压力容器锻件用SA508系列钢的比较和分析

从化学成分、力学性能、热力学平衡相转变、焊接性、淬透性和堆焊层裂纹敏感性等方面比较了核反应堆压力容器锻件用SA508系列钢,分析了合金元素对钢的力学性能、热力学平衡态析出相、碳当量(Ceq)、淬透指数(Df)和堆焊层裂纹敏感系数(PSR)的影响,为SA508不同级别钢冶炼时实控化学成分的选择和进一步认识SA508系列钢提供了参考。     

大型SA508.Gr3低合金钢锻件夹杂物断裂行为分析

通过模拟拉伸试验,研究焊接热循环条件下大型SA508.Gr3低合金钢锻件夹杂物断裂行为,结果表明,大型SA508.Gr3低合金钢锻件在焊接热循环条件下,当锻件母材中微小冶金为近似圆形或孔洞时,母材在存在有圆形缺口的条件下,仍有较好的塑性变形能力,断后伸长率达到20%以上,高温拉伸中不易产生裂纹;锻件母材中微小冶金存在尖锐角度且夹杂物超过临界尺寸时,母材在热循环作用下会产生0.2%应变损失,在锐角处容易诱发裂纹. 在实际生产中需要对母材中超过临界尺寸的尖锐角度的缺欠应进行消缺处理.     

核电封头-过渡锥体一体化成形全工艺过程多尺度模拟

SA508-3钢由于其优良的力学和理化性能而被广泛应用于核电大型锻件的制造。为了控制锻件的形状,并掌握大型锻件成形过程中开裂破坏和微观组织的演化规律。将SA508-3钢的流动应力模型、热成形开裂模型及微观组织演变模型通过软件二次开发与DEFORM-3D集成,建立了热锻成形多尺度模拟系统,并通过实验验证了该系统模拟的准确性。运用该多尺度模拟系统对核电封头-过渡锥体一体化成形进行了全工艺过程模拟,并对锻件形状、开裂趋势和微观组织演化进行了预测和分析。结果表明,锻件的形状得到了良好的控制;锻件在锻造过程中不会发生开裂;温度和应变是影响晶粒尺寸变化的主要因素。     

45钢内部裂纹愈合过程孔洞闭合的数值模拟

在塑性变形条件下,内裂纹愈合过程一般经历裂纹的闭合及焊合两个阶段.闭合阶段可使裂纹内界面充分接近,为焊合阶段实现界面的金属键结合提供有利条件.本文以带有内部球形孔洞的45钢圆柱体试样为例,利用大型有限元分析软件ANSYS,数值模拟了压缩变形时试样内部球形孔洞的闭合过程.分析了孔洞闭合过程形态演化特点和孔洞附近的应力状态.     

核电用钢SA508Gr.4N两段式本构模型的建立及管板终锻火次模拟

采用新一代核电材料SA508Gr. 4N钢的真应力-真应变数据,建立了该材料基于物象的温度、应变及应变速率的两段式流变应力本构模型,引入了相关系数R及平均相对误差AARE,验证本构模型的预测能力,发现相关系数和平均相对误差分别为0. 9915和5. 06%。采用该本构模型进行二次开发,基于Fortran语言编写子程序嵌入DEFORM软件,结合SA508Gr. 4N钢随温度变化的热导率及比热容等实测热物性参数,对核电关键零件管板大锻件的关键终锻火次,包括平锤头展宽、压平凸台及旋转压实3个子工艺进行了系统模拟,分析了在不同工艺参数下,热锻成形过程中的锻件温度场、应力场、等效应变场及最终成形性能,最后得到了合理的锻造工艺方案。     

厚壁SA508C1.3钢接管段锻件的热处理

核反应堆压力容器用接管段锻件的材质为ASME标准中的SA508Cl.3钢,取样部位的壁厚为364mm,技术要求高。在调质热处理时,淬火温度选为850~930℃,并强力、快速冷却。最终获得了满意的性能。     

AP1000接管段检测不合格原因分析

材质为SA-508 Gr.3Cl.1的核反应堆压力容器锻件AP1000容器法兰接管段,经锻后正回火处理,在超声检测时发现多处严重超标缺陷。利用扫描电子显微镜、能谱仪、图像分析仪等检测手段进行取样分析,对试样进行低倍断口观察、金相组织检验,利用SEM和EDS对断口的微观形貌和成分进行进一步的分析,结合锻造工艺,确认缺陷性质为白点。其形成原因是由于生产过程中控氢不严使得钢中含有大量氢并发生聚积,在内应力作用下形成裂纹,最终导致检验不合格。通过改善工艺条件,达到消除白点提高产品质量的目的。     

大锻件孔隙性缺陷焊合规律

孔隙性缺陷是大锻件中的常见缺陷,严重影响大锻件的使用寿命甚至导致零件直接报废。文章对34MnV钢大锻件孔隙性缺陷焊合规律进行了正交实验研究,分析温度、应变和保温时间3个因素对孔隙性缺陷焊合的影响规律。结果表明,各因素对焊合的影响均存在临界值,在大于临界值后对焊合率的影响不明显。对于34MnV材料,当温度高于1100℃,应变大于0.12,保温时间大于7min时,孔隙性缺陷可以达到较好的焊合。根据实验数据拟合获得了同时考虑应变和温度的焊合模型。     

Be/HR-1不锈钢热静压高温形变的组织结构

利用光学金相显微镜、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)仪和材料试验机分析Be/HR-1和Be/Cu/HR-1不锈钢真空热静压接头扩散区高温形变的组织结构和性能,探讨形变组织结构与压力和性能的关系.研究表明:热静压的作用使试样产生扩散性蠕变和晶界滑动,影响扩散焊区的晶粒大小和金属间化合物的数量;热静压应不得在使基体晶粒最大的临界压力或临界应变量下进行,适当降低压力和缩短时间可减少沿晶生成金属间化合物的数量,提高连接接头质量;Be/Cu/HR-1不锈钢热静压反应扩散生成的新相熔点大大低于原基材,适当降低温度或压力可有效控制连接工件的变形.     

大锻件内部裂隙型缺陷焊合规律

利用Gleeble-3500热模拟实验机,对30Cr2Ni4MoV低压转子钢内部裂隙型缺陷进行高温塑性变形焊合实验,并对焊缝处的金相组织进行观察。研究结果表明,温度、时间和变形量对裂隙焊合都有影响,温度是影响裂隙焊合的主导因素,当温度、保温时间和变形量三者满足一定的组合时,裂隙型缺陷可以通过扩散和再结晶等机制实现焊合。实验中在焊合区域出现了较明显的焊合线,有的晶粒贯穿焊合线生长,达到了较好的焊合效果。采用温度1000℃和10.7%的相对变形量、保温时间60s的工艺条件,达到的裂隙焊合效果令人满意。