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Fe-Ni基合金时效过程中γ'相析出的原子探针层析技术研究

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金属学报 2018年第9期54卷 1236-1244页

作者：宋元元赵明久戎利建中国科学院金属研究所中国科学院核用材料与安全评价重点实验室沈阳110016

将一种Fe-Ni基沉淀强化奥氏体合金在980℃固溶后水淬,在620℃经过不同时间时效。利用硬度测试及原子探针层析技术(APT)研究时效过程中g'相的析出行为及其对材料硬度的影响。结果表明,当时效时间小于6 h时,合金硬度增加较快,由时效前的14... 详细信息

将一种Fe-Ni基沉淀强化奥氏体合金在980℃固溶后水淬,在620℃经过不同时间时效。利用硬度测试及原子探针层析技术(APT)研究时效过程中g'相的析出行为及其对材料硬度的影响。结果表明,当时效时间小于6 h时,合金硬度增加较快,由时效前的145 HV迅速增加至205 HV,随后硬度增加速率缓慢;时效120 h时,硬度为251 HV。APT结果表明,合金经固溶处理后,合金元素均匀分布在基体中。在时效最初阶段,Ti发生了较为明显的偏聚,形成含有Fe、Ni和Al等元素的富Ti纳米团簇。随着时效时间延长,富Ti纳米团簇中的Ni和Al原子的含量逐步增多,而Fe、Cr及Mo等原子的含量不断减少;当时效至120 h时,团簇中Ni与Ti+Al比值近似于3,即已完全形成g'相,表明g'相析出是形核-长大过程。合金硬度的变化与时效过程中g'相的数量密度和体积分数有关。

关键词： Fe-Ni基合金 γ'相时效纳米团簇原子探针层析技术

800合金在300℃NaOH和ETA溶液中的腐蚀行为

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金属学报 2016年第5期52卷 599-606页

作者：王家贞王俭秋韩恩厚中国科学院金属研究所中国科学院核用材料与安全评价重点实验室沈阳110016

采用动电位极化曲线,电化学阻抗谱(EIS),SEM,XPS等分析手段研究了800合金在300℃Na OH和乙醇胺(ETA)溶液中的腐蚀行为.结果表明,ETA的添加降低合金的腐蚀电流密度,增大了氧化膜的膜层电阻.无论是否添加ETA,800合金均为双层膜结构.未添加... 详细信息

采用动电位极化曲线,电化学阻抗谱(EIS),SEM,XPS等分析手段研究了800合金在300℃Na OH和乙醇胺(ETA)溶液中的腐蚀行为.结果表明,ETA的添加降低合金的腐蚀电流密度,增大了氧化膜的膜层电阻.无论是否添加ETA,800合金均为双层膜结构.未添加ETA时,合金氧化膜外层富Ni,ETA添加后氧化膜外层富***的添加提高了氧化膜中Cr的富集程度,促进了铬氧化物的形成,增强了800合金氧化膜的保护性.

关键词： 800合金乙醇胺动电位极化曲线氧化膜

核电站316L不锈钢弯头应力腐蚀行为的寿命预测

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金属学报 2017年第4期53卷 455-464页

作者：郭舒韩恩厚王海涛张志明王俭秋中国科学院金属研究所中国科学院核用材料与安全评价重点实验室沈阳110016

采用数值模拟方法对核电站316L不锈钢弯头的应力腐蚀裂纹扩展行为进行了研究。首先针对不锈钢厚壁弯头(外径355.6 mm,内径275.6 mm)进行有限元建模,在弯头内壁上创建出与实际裂纹相符的半椭圆状3D缺陷作为裂纹形状,其裂纹张开位移(δ_i)... 详细信息

采用数值模拟方法对核电站316L不锈钢弯头的应力腐蚀裂纹扩展行为进行了研究。首先针对不锈钢厚壁弯头(外径355.6 mm,内径275.6 mm)进行有限元建模,在弯头内壁上创建出与实际裂纹相符的半椭圆状3D缺陷作为裂纹形状,其裂纹张开位移(δ_i)由Dugdale模型计算确定;然后根据有限元计算结果,建立裂纹应力强度因子(K)随裂纹深度(a)及附加应力(P)变化的拟合公式,结合实验数据得到管材在2种冷变形量下的应力腐蚀裂纹扩展速率(da/dt)拟合公式,利用迭代方法计算了裂纹穿透管壁所需的时间,为核电站安全评估提供了有效依据。研究显示,当弯头部位的冷变形量较小(硬度为230~245 HV)且在理想情况下(无初始附加应力),弯头被应力腐蚀裂纹穿透耗时最长(约57 a);当初始附加应力增加至200 MPa,此失效时间约缩减至前者的1/5(无应力释放)、2/7(应力释放一半)以及3/7(应力完全释放);保持初始附加应力不变(200 MPa)并提高弯头部位冷加工变形量(由硬度为230~245 HV提高到275~300 HV),弯头的大变形部位被穿透时间约缩短至小变形部位失效时间的2/5(无应力释放)、3/8(应力释放一半)以及1/3(应力完全释放),由此可见应力释放程度的降低和冷加工变形量的增加均导致了核电站316L不锈钢弯头剩余寿命的缩短。

关键词： 316L不锈钢弯头应力腐蚀裂纹扩展裂纹张开位移有限元分析应力释放冷加工变形

Inconel 690TT和Incoloy 800MA蒸汽发生器管材在高温高压水中的腐蚀行为研究

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金属学报 2016年第10期52卷 1333-1344页

作者：王俭秋黄发柯伟中国科学院金属研究所中国科学院核用材料与安全评价重点实验室沈阳110016

利用多种分析手段深入分析了Inconel 690TT和Incoloy 800MA合金蒸汽发生器管材及其在高温高压水环境中的腐蚀行为.结果表明,沿管材厚度方向从内壁至外壁,Inconel 690TT合金管材S3晶界偏离理想晶界的程度逐渐增大,Kernel平均取向差（KAM... 详细信息

利用多种分析手段深入分析了Inconel 690TT和Incoloy 800MA合金蒸汽发生器管材及其在高温高压水环境中的腐蚀行为.结果表明,沿管材厚度方向从内壁至外壁,Inconel 690TT合金管材S3晶界偏离理想晶界的程度逐渐增大,Kernel平均取向差（KAM）也逐渐增大,管材外壁为最薄弱区;Incoloy 800MA合金管材S3晶界偏离理想晶界的程度均匀,且主要集中于0～1°的小偏差范围内,KAM应变的变化也趋于平缓.溶氧的高温纯H2O中,Inconel 690TT合金表面腐蚀产物为双层膜结构,外层为富Fe尖晶石与NiO小颗粒,内层膜为NiO相且疏松多孔,不能对基体起到良好的保护作用,局部区域腐蚀深度可达716 nm;Incoloy 800MA合金表面腐蚀产物为双层膜结构,外层为大颗粒状尖晶石相,内层膜为小颗粒尖晶石相,Cr在内层膜与基体的界面富集,平均腐蚀深度仅约为150 nm.相同条件下,溶氧的高温纯H2O中Incoloy 800MA合金的内层膜厚度显著小于Inconel 690TT合金.因此,在溶氧高温高压纯H2O环境中,Cr发生溶解,Incoloy 800MA合金比Inconel 690TT合金耐蚀性更优.

关键词： Inconel 690TT合金 Incoloy 800MA合金高温高压水氧化膜

一种Fe-Cr-Ni-Mo高强高韧合金钢焊接接头的组织和力学性能

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金属学报 2018年第1期54卷 1-10页

作者：胡小锋姜海昌赵明久闫德胜陆善平戎利建中国科学院金属研究所中国科学院核用材料与安全评价重点实验室沈阳110016

采用熔化极活性气体保护焊(MAG焊)对一种Fe-Cr-Ni-Mo高强高韧合金钢板进行多道次焊接,利用SEM、EPMA、TEM以及拉伸、冲击等实验研究了焊接接头的组织和力学性能。结果表明,焊缝金属由柱状晶和等轴晶组成,其中上部焊缝以柱状晶为主,而下... 详细信息

采用熔化极活性气体保护焊(MAG焊)对一种Fe-Cr-Ni-Mo高强高韧合金钢板进行多道次焊接,利用SEM、EPMA、TEM以及拉伸、冲击等实验研究了焊接接头的组织和力学性能。结果表明,焊缝金属由柱状晶和等轴晶组成,其中上部焊缝以柱状晶为主,而下部焊缝的等轴晶含量增加。焊缝上部因冷速较快形成回火马氏体组织;下部因合金元素含量较高,淬硬倾向较强,形成了粒状贝氏体组织。靠近焊缝的热影响区为较粗大的马氏体组织,其硬度最大(621 HV),明显高于母材(410 HV)。上部焊缝金属的硬度为365 HV,低于母材,而下部焊缝的硬度高于焊缝上部和母材,为450 HV。因此,焊接接头上部拉伸试样在焊缝处发生断裂,断裂强度为1109 MPa,而焊缝的下部拉伸试样在母材处发生断裂,断裂强度为1183 MPa。本实验用Fe-Cr-Ni-Mo合金钢的焊接接头强度较高,焊接强度系数不小于0.93,焊缝金属的冲击功为53 J。

关键词： Fe-Cr-Ni-Mo高强高韧合金钢焊接接头回火马氏体粒状贝氏体力学性能

超细晶铁素体-马氏体钢的高温氧化成膜特性及其对Pb-Bi腐蚀行为的影响

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金属学报 2021年第8期57卷 989-999页

作者：陈胜虎戎利建中国科学院金属研究所中国科学院核用材料与安全评价重点实验室沈阳110016

利用SEM、XRD、EPMA和XPS等研究了冷旋锻变形对9Cr_(2)WVTa铁素体-马氏体钢在650℃空气中氧化膜形成过程的影响,在此基础上考察了预氧化制备氧化膜对9Cr_(2)WVTa铁素体-马氏体钢在饱和氧液态PbBi共晶(LBE)中腐蚀行为的影响。结果表明,... 详细信息

利用SEM、XRD、EPMA和XPS等研究了冷旋锻变形对9Cr_(2)WVTa铁素体-马氏体钢在650℃空气中氧化膜形成过程的影响,在此基础上考察了预氧化制备氧化膜对9Cr_(2)WVTa铁素体-马氏体钢在饱和氧液态PbBi共晶(LBE)中腐蚀行为的影响。结果表明,冷旋锻变形量的增加可提高样品的抗氧化性能,63%变形处理使抗氧化性能略有提高,94%变形处理可显著提高抗氧化性能。相较于回火态样品,63%变形处理样品形成的氧化物仍主要为(Fe,Cr)_(2)O_(3),只是氧化物颗粒尺寸略有下降;94%变形获得的超细晶样品中,不仅氧化物颗粒尺寸显著减小,而且促进了富Mn氧化物(MnCr_(2)O_(4)和Mn_(2)O_(3))的形成。超细晶样品中大幅度提高的空位浓度和位错密度、以及增加的晶界数量,显著提高了元素的扩散速率,Mn的异常快速扩散促进了富Mn氧化物的形成,稳定性好的富Mn氧化物提高了氧化膜的致密性。650℃空气中预氧化处理20 h后,超细晶样品表面获得致密性良好的富Mn氧化膜,在550℃饱和氧LBE中腐蚀500 h后,预氧化制备氧化膜可有效阻止LBE对铁素体-马氏体钢的侵蚀,并抑制了Fe的外扩散。Mn在LBE中较高的溶解度会加快富Mn氧化膜的溶解,随着Mn的不断溶解和LBE的持续侵蚀,预制备氧化膜的致密性不断下降而最终破裂,腐蚀2000 h后,样品表面形成了连续的Pb-Bi腐蚀产物。

关键词：超细晶铁素体-马氏体钢冷旋锻变形预氧化 Pb-Bi腐蚀扩散

耐Pb-Bi腐蚀Si增强型铁素体/马氏体钢和奥氏体不锈钢的研究进展

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金属学报 2023年第4期59卷 502-512页

作者：吴欣强戎利建谭季波陈胜虎胡小锋张洋鹏张兹瑜中国科学院金属研究所中国科学院核用材料与安全评价重点实验室沈阳110016

结构材料是制约铅冷快堆建设的关键因素之一,原因是其组成元素在液态Pb-Bi共晶(LBE)中会发生不同程度的溶解,影响结构安全。候选结构材料铁素体/马氏体钢T91与不锈钢316在550℃饱和氧LBE环境中发生快速氧化腐蚀;溶解氧浓度降至1.26×10^... 详细信息

结构材料是制约铅冷快堆建设的关键因素之一,原因是其组成元素在液态Pb-Bi共晶(LBE)中会发生不同程度的溶解,影响结构安全。候选结构材料铁素体/马氏体钢T91与不锈钢316在550℃饱和氧LBE环境中发生快速氧化腐蚀;溶解氧浓度降至1.26×10^(-6)%(质量分数)可减轻T91的液态LBE腐蚀,但低于1×10^(-6)%时,T91与316钢发生溶解腐蚀;T91液态LBE脆化敏感性高,导致其在350℃液态LBE中腐蚀疲劳寿命显著降低。与商用的(9%~12%)Cr铁素体/马氏体钢和316型奥氏体不锈钢相比,经微合金化的Si增强型铁素体/马氏体钢(9Cr-Si和12Cr-Si)和奥氏体不锈钢(ASS-Si),具有较好的组织稳定性和综合力学性能,且在液态LBE中形成的富Si氧化物提高了氧化膜的致密性,改善了其耐腐蚀性能,在550℃下静态饱和氧和动态控氧LBE环境中的溶解腐蚀受到抑制,有望满足铅冷快堆的设计需求。

关键词：铁素体/马氏体钢奥氏体不锈钢液态金属腐蚀液态金属脆化力学性能组织稳定性

Ni-Fe-Cr合金固溶处理后的组织变化及其对性能的影响

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金属学报 2018年第3期54卷 385-392页

作者：陈胜虎戎利建中国科学院金属研究所中国科学院核用材料与安全评价重点实验室沈阳110016

采用OM和SEM研究了不同C含量Ni-Fe-Cr合金在950~1050℃固溶后的组织变化及其对拉伸性能和晶间腐蚀性能的影响。结果表明,C含量的变化影响固溶处理过程中碳化物的回溶行为和晶粒尺寸,从而造成不同C含量合金力学性能和晶间腐蚀性能的差异... 详细信息

采用OM和SEM研究了不同C含量Ni-Fe-Cr合金在950~1050℃固溶后的组织变化及其对拉伸性能和晶间腐蚀性能的影响。结果表明,C含量的变化影响固溶处理过程中碳化物的回溶行为和晶粒尺寸,从而造成不同C含量合金力学性能和晶间腐蚀性能的差异。C含量为0.010%(质量分数)时,950℃固溶处理可使热加工过程中产生的M_(23)C_6碳化物完全回溶,并获得平均晶粒尺寸约38 mm的等轴晶组织;C含量增加到0.026%时,固溶温度提高至1000℃可使M_(23)C_6碳化物完全回溶,获得平均晶粒尺寸约42 mm的等轴晶组织;C含量在0.010%~0.026%范围内,合金具有较低的晶间腐蚀敏感性,随C含量增加合金的强度升高,延伸率基本没有变化;C含量为0.056%时,1050℃固溶处理后,局部区域仍存在未回溶的碳化物,碳化物阻碍晶界迁移使晶粒长大缓慢,造成晶粒尺寸不均匀。同时,未回溶碳化物的存在使合金的强度略有提高,但延伸率降低;未回溶碳化物造成碳化物/基体界面处贫Cr区的出现,显著增加了合金的晶间腐蚀敏感性。

关键词： Ni-Fe-Cr合金固溶处理碳化物拉伸性能晶间腐蚀

回火对9Cr2WVTa钢电子束焊接接头组织和力学性能的影响

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金属学报 2014年第12期50卷 1429-1436页

作者：高恒宋元元赵明久胡小锋戎利建中国科学院金属研究所中国科学院核用材料和安全评价重点实验室沈阳110016

对9Cr2WVTa钢进行电子束焊接,并对焊接接头进行不同温度回火处理,研究了回火对焊接接头组织和力学性能的影响.结果表明,焊态下,焊缝由粗大的板条马氏体和d铁素体组成.高温回火后,基体中析出大量M23C6型碳化物.硬度测试结果表明,焊态下... 详细信息

对9Cr2WVTa钢进行电子束焊接,并对焊接接头进行不同温度回火处理,研究了回火对焊接接头组织和力学性能的影响.结果表明,焊态下,焊缝由粗大的板条马氏体和d铁素体组成.高温回火后,基体中析出大量M23C6型碳化物.硬度测试结果表明,焊态下焊缝硬度远高于母材,随回火温度升高,焊缝硬度逐渐下降,但仍高于母材.拉伸测试结果表明,断裂位置均出现在母材,表明焊缝仍保持了较高强度.采用带沟槽的V型冲击试样获得了完全的焊缝断口,室温冲击实验结果表明,焊态下,焊缝冲击韧性差,冲击功远低于母材;经回火后,焊缝冲击韧性显著提高.焊后回火热处理使焊缝获得了较好的综合力学性能.

关键词： 9Cr2WVTa钢电子束焊接焊接接头回火显微组织力学性能