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316L不锈钢管在人工海水下摩擦磨损过程中各部分材料损失关系图,如图3-15所示。由于316L不锈钢管在海水下具有优异的耐腐蚀性能,在静态腐蚀条件下的腐蚀电流密度极小,可忽略不计,所以316L不锈钢管在海水下的材料损失包括纯摩擦磨损材料损失(W0)、腐蚀对磨损的协同作用(S")和磨损对腐蚀的协同作用(S"")。从图中可以看出,在高腐蚀性的海水下,不锈钢的材料损失主要是来源于材料间的摩擦磨损材料损失,所以不锈钢的材料损失主要是由抗磨损性能决定的,这就与滑动过程中不锈钢表面微观结构变化由关;其次,腐蚀对磨损(S")具有较大的协同作用,这表明316L不锈钢管所形成的钝化膜更容易被擦伤,造成材料的更大的损失(Diomidisetal,2010;Saadaetal,2015);而磨损对腐蚀的协同作用(S"")随载荷的增大而增加,这是由于摩擦磨损过程中转变马氏体的耐腐蚀性比奥氏体较差,更易于电化学腐蚀。 图3-16为316L不锈钢管摩擦磨损与海水腐蚀之间交互作用曲线图,从图中可以看出,总的腐蚀磨损交互作用和腐蚀对磨损的协同作用是随载荷的增加而增大,斜率也是增大的趋势。其原因是由于在滑动磨损过程,材料损失量主要是由磨损表面抗磨损性能决定的;经上述物相研究中发现,在高载荷条件下316L不锈钢管表面发生更多的马氏体转变,而转变的马氏体耐腐蚀性能要低于奥氏体,在表面更容易形成粗糙而软的腐蚀产物,在磨损过程中更容易损失。虽然磨损对腐蚀的协同作用随载荷的增加逐渐增大,但其斜率出现减小的趋势,这主要是由于高载荷下所产生更多马氏体相变,而马氏体的低耐腐蚀性增大了表面损失,而高耐磨性则减少了表面的磨损体积,从而减少了表面的腐蚀区域,综合影响得到高载荷下磨损面具有较小的磨损对腐蚀的协同作用。
316LN不锈钢管单道次和多道次变形条件下的动态再结晶行为,获得316LN不锈钢管在锻造成形中的晶粒细化判据;提出了上平下V砧的改进砧形,对锻件采用大圆角V砧以及上下不等砧宽比进行拔长,采用数值模拟和物理模拟相结合的方法,研究了拔长过程应力应变分布规律,并确定合理的工艺参数,有效地提高锻件变形区域的等效应变及均匀分布,达到锻件变形均匀和晶粒细化的目的。该结果对核电主管道锻造工艺方案优化具有理论参考价值。 核电主管道是核电蒸气供应系统输出堆芯热能的大型厚壁管道,属于核一级关键部件。AP1000核电主管道用钢为奥氏体不锈钢,牌号为316LN。该钢种在加热或冷却的过程中没有相变,因此不能通过热处理细化晶粒。为了达到终产品的晶粒度要求(ASTM2级或更细的ASTM4级),主管道的锻造成形起着关键的作用[1-3]。目前,国内外在同步进行AP1000核电主管道的研制工作。核电主管道锻造成形包括镦粗、拔长、分料、整圆等工序,其关键工序是拔长。上平下V砧法拔长较无Mannesmann效应的锻造(freefromMannesmanneffect,FM)法和宽砧大压下量锻造(widedieheavyblowforging,WHF)法具有更高的拔长效率;较宽砧大压下量上下V砧(KD)法对压机的吨位要求低,且上平下V砧拔长时,锻件圆截面应变分布不对称,更有利于提高终管坯产品的质量[4-5]。因此,本文提出上平下V砧的改进砧形,采用数值模拟和物理模拟相结合的方法,对锻件采用大圆角V砧以及上下不等砧宽比进行拔长的实验研究,探讨通过改进砧形提高锻件等效应变分布的可能性,以解决316LN不锈钢管锻造过程晶粒细化和晶粒均匀性问题。
310S不锈钢管消费及运用中值得留意的几个问题 大量以大口径厚壁钢管为原料的消费锻件,我们是从一九六一年开端的,在消费理论中曾碰到过不少问题,这些问题有的曾经处理,有的还没有完整处理,除了我们在上面的讨论中提到的一些方面外,我们觉得以下大口径厚壁钢管的几个方面是值得加以留意的。 (1)要严厉控制大口径厚壁钢管的化学成分及热加工制度,以减少钢中的铁素体与残留奥氏体,取得较佳的综合机械性能。 关于大口径钢管中的铁素体与残留奥氏体对其性能影响的问题我们已停止过讨论,这里再比拟详细地讨论一些限制大口径钢管含量的工艺措施。 为了使大口径厚壁钢管中不呈现大量的铁素体,应调整310S不锈钢管的化学成分,使铬、硅含量处在标准的下限,碳、镍、锰的含量偏在标准的中上限。 有人以为使310S不锈钢管中的含碳量到达0.2%时,含铬18%的所消费的厚壁钢管可不呈现铁素体,也有人提出把铬量控制在下限,镍控制在上限,并且含碳不少于0.15%,能够取得无铁素体的厚壁310S不锈钢管。 从我们的消费理论来看,把大口径厚壁钢管中的铁素体控制在一定数量以下,根本上能够保证厚壁管具有称心的机械性能与工艺性能,并不一定要使钢中完整没有铁素体。从这一目的动身,只须在现行的大口径厚壁钢管化学成分标准内作恰当的调整即可。假如要到达使310S不锈钢管的组织中完整没有铁素体,调整后的成分与现行规则的范围相差很大,并且这样做也比拟复杂。我们的经历是把大口径厚壁钢管的成分作如下的调整:可使厚壁管中的铁素体量限制在10~15%,机械性能普通都能保证在普通程度。
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