發(fā)布時間：2021-03-30所屬分類：工程師職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要:公司生產(chǎn)的某核電蒸汽發(fā)生器焊接試板的室溫抗拉強(qiáng)度低于技術(shù)條件要求值。通過對拉伸試樣斷口進(jìn)行分析，結(jié)果表明鋼中的氧化物夾雜是導(dǎo)致其不合格的主要原因。分析了夾雜物引起斷裂的機(jī)理及夾雜物來源，提出了改進(jìn)措施。 關(guān)鍵詞:核電蒸汽發(fā)生器;焊接試板;
摘要:公司生產(chǎn)的某核電蒸汽發(fā)生器焊接試板的室溫抗拉強(qiáng)度低于技術(shù)條件要求值。通過對拉伸試樣斷口進(jìn)行分析，結(jié)果表明鋼中的氧化物夾雜是導(dǎo)致其不合格的主要原因。分析了夾雜物引起斷裂的機(jī)理及夾雜物來源，提出了改進(jìn)措施。
關(guān)鍵詞:核電蒸汽發(fā)生器;焊接試板;抗拉強(qiáng)度;夾雜物;斷裂機(jī)理
核電蒸汽發(fā)生器是核電站最為關(guān)鍵的主設(shè)備之一。蒸汽發(fā)生器直接與反應(yīng)堆壓力容器相連，不僅影響核電站的發(fā)電效率，還有防止放射性裂變產(chǎn)物溢出的作用。蒸汽發(fā)生器能否安全、可靠地運(yùn)行，對整個核動力裝置的經(jīng)濟(jì)性和安全性有重要影響。蒸汽發(fā)生器制造過程中，需要進(jìn)行大量的焊接工作，因此焊縫質(zhì)量直接關(guān)系到設(shè)備的安全性[1]。由于無法通過破壞性試驗來檢驗產(chǎn)品焊縫質(zhì)量，目前核電設(shè)備在制造生產(chǎn)過程中，往往根據(jù)實際焊縫種類，制備相應(yīng)的產(chǎn)品焊接試板，而后對焊接試板進(jìn)行必要的物理、化學(xué)和力學(xué)試驗來作為相應(yīng)產(chǎn)品焊縫質(zhì)量的證明。
我公司承制的某核電項目蒸汽發(fā)生器焊接試板，在性能熱處理后進(jìn)行力學(xué)性能檢驗時，發(fā)現(xiàn)其室溫抗拉強(qiáng)度不滿足技術(shù)條件要求。文章分析了不合格原因，提出了預(yù)防措施，以期為將來的生產(chǎn)及研究工作提供參考與借鑒。
1材料與力學(xué)性能要求
核電蒸汽發(fā)生器焊接試板材質(zhì)是18MND5，屬于低碳低合金鋼，主要化學(xué)成分如表1所示。生產(chǎn)流程為:冶煉→鍛造→鍛后熱處理(正火+回火)→粗加工→無損檢測→性能熱處理(調(diào)質(zhì)→取樣檢驗→精加工→無損檢測。取樣方式為T×T4(T為鍛件熱處理厚度)。技術(shù)條件中對于該焊接試板力學(xué)性能的要求見表2。
2性能熱處理及力學(xué)性能結(jié)果
該焊接試板性能熱處理前的粗加工尺寸約為200mm×700mm×1900mm。調(diào)質(zhì)工藝為:880～900℃保溫7～9h，冷卻方式為水冷，635～650℃回火保溫7～9h。性能熱處理之后進(jìn)行拉伸試驗，檢驗結(jié)果如表3所示。可以看出，該件的室溫抗拉強(qiáng)度低于技術(shù)條件要求值。
3斷口分析
為了分析該焊接試板室溫抗拉強(qiáng)度不合格的原因，對拉伸試樣的斷口形貌進(jìn)行了掃描分析，斷口形貌如圖1所示。從圖1(a)可以看出，箭頭所指的1處成為了斷裂的裂紋源，斷裂由1處向外輻射。1處尺寸約807.32μm。從圖1(c)看出，斷口形貌以韌窩為主，為韌性斷裂。韌窩底部有夾雜物存在，夾雜物呈矩形或不規(guī)則的形狀，帶角，單個夾雜物尺寸在3.2～15.1μm。對圖1(c)中箭頭所指的2處和3處夾雜物進(jìn)行能譜分析，分析結(jié)果見圖2。從圖2可以看出，2處夾雜物主要元素為鋁和氧，斷定此處為氧化鋁夾雜物;3處夾雜物主要元素為鋁、氧和鎂，斷定為氧化鋁和氧化鎂的復(fù)合夾雜物。
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康大韜等[2]指出，非金屬夾雜物破壞了基體金屬的連續(xù)性，造成鋼的組織不均勻性，在拉伸試驗時，易沿夾雜物產(chǎn)生裂紋，惡化了鍛件的力學(xué)性能;同樣地，張立峰[3]亦在書中指出，氧化鋁等夾雜物屬于脆性夾雜物，不易變形，在拉伸過程中難以隨基體進(jìn)行塑性變形，兩者在變形程度上的差別使得在夾雜物與鋼基體交界處形成裂紋源，危害鋼的力學(xué)性能。由此可以斷定鋼中的氧化物夾雜是導(dǎo)致該焊接試板室溫抗拉強(qiáng)度低于技術(shù)條件要求值的主要原因。
4改進(jìn)措施
鋼中的氧化鋁夾雜主要來自于以下兩個方面:精煉過程中，采用鋁脫氧，脫氧產(chǎn)物氧化鋁在鋼水中未及時上浮而殘留于鋼中;另一方面，出鋼和澆注過程中，鋼中的鋁元素發(fā)生二次氧化，氧化產(chǎn)物隨鋼水注入錠模內(nèi)，存留于鍛件內(nèi)[4]。鋼中的氧化鎂夾雜則是耐火材料被侵蝕而混入鋼液造成的[2]。
為了避免夾雜物引起性能不合格的情況再次出現(xiàn)，建議采取以下改進(jìn)措施:(1)煉鋼時，加強(qiáng)鋼潔凈度的控制。強(qiáng)化真空處理，減少鋼水氧含量;選擇合適的精煉渣組分，提高渣對夾雜物的吸附能力;保證軟吹時長和合適強(qiáng)度，保證夾雜物充分上浮和去除[5];控制出鋼時間，加強(qiáng)澆注系統(tǒng)保護(hù)，防止鋼水二次氧化;選用穩(wěn)定的耐高溫的耐火材料等。(2)鍛造時，應(yīng)保證足夠的水冒口切除率，盡可能地去除鋼錠中的夾雜物聚集部位，保證鋼錠質(zhì)量。
5結(jié)論
(1)蒸汽發(fā)生器焊接試板室溫抗拉強(qiáng)度不合格主要是鋼中存在氧化鋁等夾雜物引起的。
(2)氧化鋁等夾雜物破壞了基體金屬的連續(xù)性，在拉伸過程中夾雜物難以隨基體進(jìn)行塑性變形，使得在夾雜物與鋼基體交界處形成裂紋源，危害鋼的力學(xué)性能。
(3)為了減少鋼中的非金屬夾雜物，應(yīng)加強(qiáng)鋼潔凈度的控制。加強(qiáng)鋼水保護(hù)，強(qiáng)化真空處理，減少鋼水氧含量，選擇合適的精煉渣組分，保證軟吹時長和合適強(qiáng)度，控制出鋼時間，加強(qiáng)澆注系統(tǒng)保護(hù)，選用穩(wěn)定的耐高溫的耐火材料等。——論文作者：李亞菲連占衛(wèi)李家駒
