AL6XN超級奧氏鋼的動態(tài)應變時效、低周疲勞及蠕變行為.pdf

1、超臨界水冷堆的燃料包殼材料需要在高溫下(500～650℃)仍然具有較高的韌性、強度，優(yōu)良的抗高溫蠕變、抗疲勞性能以及良好的抗腐蝕、抗輻照能力。具有高強度、高韌性、優(yōu)良的抗腐蝕和抗氧化性能的AL6XN超級奧氏體鋼作為燃料包殼的候選材料，但目前對該奧氏體鋼的高溫力學行為研究不多。全文以AL6XN超級奧氏體鋼為研究對象，在超臨界水冷堆的溫度工況條件下，進行高溫拉伸的應變時效、高溫低周疲勞、高溫蝙變及時效后的沖擊試驗，圍繞材料高溫力學行為進行研

2、究，并采用掃描電子顯微鏡及透射電子顯微鏡對其形變前后的材料微結構進行深入分析，討論材料微結構與高溫力學行為的關系。
　　 實驗結果表明：AL6XN奧氏體鋼在高溫(500～700℃)拉伸及高溫(300及600℃)低周疲勞試驗過程中均表現出一系列特定的力學行為。拉伸以及低周疲勞的應力-應變曲線均呈現明顯的上下波動鋸齒型，應力在應變速率升高的過程中反而降低，即出現負的應變速率敏感性。以上宏觀現象均表明AL6XN奧氏體鋼在高溫拉伸及疲勞

3、試驗過程中出現明顯的動態(tài)應變時效(DSA)效應。由于受到DSA的影響拉伸曲線的屈服強度隨溫度升高而表現出平臺趨勢，以及疲勞應力出現明顯的初始硬化現象。透射電鏡觀察表明：AL6XN奧氏體鋼出現DSA效應時，位錯沿滑移面呈平行隊列排布。主要的原因是由于在高溫變形過程中溶質原子團向位錯線擴散、團聚并對可動位錯產生釘扎或拖拽作用，導致位錯難以改變滑移面進行交滑移，更傾向于沿一個滑移面運動形成位錯隊列。因此亞結構分析得到由于受到溶質原子團的釘扎或

4、拖拽，位錯可動性降低，拉伸過程中出現屈服強度隨溫度升高而保持穩(wěn)定以及在高溫低周疲勞試驗中出現初始循環(huán)硬化現象。依據應力指數（m+β）、激活能(Q)與臨界應變量（εc）的關系，在500～650℃溫度范圍內推導出應力指數及激活能分別為2.4及304 kJ/mol，其值較高。可以推斷出在AL6XN奧氏體鋼中對位錯產生交互作用的溶質原子類型主要為Cr、Mo等置換原子。
　　 AL6XN奧氏體鋼在120～260 MPa的應力及600-75

5、0℃下進行蠕變試驗，結果表明：該奧氏體鋼具有較低的蠕變速率(10-1l～10-7 S-1)以及較高的蠕變指數(n-5)和蠕變激活能(Q=395.4 kJ/mol)，符合冪指數流變方程失效機制，根據以上結果推斷溶質原子對位錯的運動產生交互作用。透射電鏡觀察表明奧氏體基體中分布大量卷曲狀位錯，說明粘滯位錯滑移是該材料由速率控制蠕變變形中的重要形變機制。對經過高溫(500-750℃)長時間（3600 h)蠕變樣品進行微結構分析表明，AL6XN

6、奧氏體鋼存在復雜的析出行為。樣品在較低溫度(≤550℃)下經過長時間蠕變，沒有觀察到析出物。溫度升高到600℃時，晶界首先出現析出物。通過選區(qū)衍射分析表明該析出物為M23C6碳化物。之后當溫度升高到650-750℃之間，奧氏體晶粒內部以及孿晶界也出現大量析出物。其中包括M23C6、M6C碳化物、σ相及Laves相金屬間化合物。由于在晶界處存在大量脆性析出物，顯著降低AL6XN奧氏體鋼韌性并降低高溫蠕變壽命。并且長時間高溫時效后，晶界處出