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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。
316L不锈钢管及焊材的化学成分要求 遵循“等成分”原则选择焊接材料,同时为增强接头抗热裂纹和晶间腐蚀能力,使接头中出现少量铁素体,钨极笼弧焊选用焊丝H00Cr19Yi12Mo2, CHS022进行电弧焊。 偏高的碳含量会导致316L钢的焊接性能下降,而且在焊接过程中容易在晶界生成碳铬化合物,降低耐腐蚀性能:硅能溶于铁素体,其有强化和抗氧化作用,但含量偏高,会严重影响316L不锈钢管的焊接性:锰能里换FeS为MnS,有脱硫作用,同时也能改善硫化物的分布形态,使薄膜状FeS改变成球体分布,从而提高焊缝的抗裂性,但锰含量过高时,会降低耐蚀性:316L不锈钢管的晶界特性对硫、磷等徽址杂质敏感,使316L不锈钢管产生焊接热裂纹,因此应严格控制硫、磷的含量:铬能显著提高钢的脆性转变温度,冲击值随铬含量增加而下降,由于不平衡地加热和冷却,晶界可能产生偏析产物,从而增加焊接热裂纹倾向:钼在较高回火温度下,可弥散分布并形成特殊的碳化物,可以改善在高温高压下抗氢侵蚀的作用和二次硬化作用,但钼含量多会影响不锈钢的韧性。所有这些元素对钢的作用不是简单的叠加,也不是相互抵消,它们相互之间会发生新的物理化学作用。 所以,不锈钢管道及管道组成件与焊接材料的化学成分必须严格控制,焊前认真审查管道材料和焊接材料的合格证,逐个进行光谱分析,仔细核对其各种化学成分含量,以确保焊接后焊缝金属奥氏体形成元素(Ni, Mn, C. N等)和铁素体形成元素(Cr.Mo, Si等)的平衡.获得良好的焊接接头性能。 316L不锈钢管及焊材的管理 不锈钢管、管件应逐个进行外观检查,不得有裂纹、杂渣、重皮等缺陷,锈蚀、凹陷及其他机械损伤的深度不应超过产品相应标准允许的壁厚负偏差。应逐个侧量外径、壁厚,应符合相应标准。 不锈钢管、管件应逐个进行的渗透(PT)检测,检测方法和缺陷评定需符合GB4730-2005的规定.I级合格。经检测发现的表面缺陷允许修磨,修磨后的实际壁厚不应小于公称壁厚的90%。
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不锈钢管厂家通过SEM检测发现,在靠近热影响区附近有大量的裂纹不均匀分布,靠近裂纹处较多,裂纹大多起源于表面,深入表面后便沿着管径向远离焊缝方向延伸,裂纹呈沿晶和穿晶共存的混晶态延伸。 所测管段样品的金相组织结构为铁素体和珠光体,内部和内壁的金相组织正常,在靠近外壁处有不完全脱碳现象,通过EDS的线扫描、面扫描和点扫描同样发现有脱碳现象,脱碳层深度大多在在lOOpm左右。 综上所述可以判断产生的裂纹为冷裂纹,冷裂纹是焊后冷至较低温度下产生的,产生冷裂纹的内在因素有氢、应力、组织:外在因素有空气的湿度、预热温度、焊接热输入、母材、焊接过程中的咬边、未焊透等其他工艺缺陷。由于缺少现场的数据和资料,无法对其产生冷裂纹的具体原因分析,推断可能由于焊接工艺不当等原因造成表而的局部脱碳, 导致裂纹的产生。 管外壁裂纹的具有尖锐缺口和长宽比大的形貌特征; 产生部位在靠近焊缝热影响区,裂纹大多起源于表面: 深入表面后便沿着管径向远离焊缝方向延伸,裂纹呈沿晶和穿晶共存的混晶态延伸特性; 不锈钢管厂家根据管外壁裂纹的形貌特征、产生部位和延伸特性可以判断,产生的裂纹为冷裂纹,建议解决以上问题可以采取合理选用焊接材料和严格控制焊接工艺等措施,例如合理选择预热温度、紧急后热、保证焊条、焊剂、工作区域的干燥等,因为焊接冷裂纹存在潜伏期,一般在焊后一段时间产生,所以,如果在裂纹产生前能及时加热处理,也能达到防止冷裂纹的目的。
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