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12NiCrMo压力容器钢的高温力学性能

发布人：上海艾荔艾合金股份有限公司www.shailiai.cn 更新时间：2016-02-17

经过多年探索研究，国际上普遍认为SA508-3钢是最适于制造核用压力容器锻件的材料。但随着反应堆压力容器趋向大型化和一体化，SA508-3钢对特厚截面上组织均匀性和稳定性难以保证。同时根据我国复杂的地理环境，具有更高强塑性和淬透性的承压材料12NiCrMo钢逐步替代SA508-3钢。

12NiCrMo钢渗碳体中Cr含量较高，增大了基体的形变抗力，同时提高了钢淬透性及服役期间的稳定性。科研人员针对承压材料12NiCrMo钢，在Gleeble-1500D热模拟机上采用凝固法在800～1250℃范围内进行高温拉伸试验，通过对抗拉强度、断面收缩率、断口形貌等分析，掌握该材料在高温使用情况下的组织性能变化规律。

试验材料为12NiCrMo钢，各种元素成分均在ASME SA-508/SA-508M标准范围内，主要化学成分见表1。轧制后显微组织主要为大量板条状马氏体及贝氏体的混合组织，板条状马氏体沿奥氏体晶界产生，同时由于12NiCrMo钢含有Cr较高，形成细小的Cr-C化合物，形成细小复杂的贝氏体组织，与文献所述基本吻合，测定其硬度为412HV。

表1 试验用钢的化学成分（质量分数，%）

元素	C	Mn	P	S	Cr	Ni	Mo
实测	0.12	0.36	0.0054	0.0034	2.40	3.64	0.60
ASME SA-508	≤0.23	0.2～0.4	≤0.02	≤0.015	1.5～2.9	2.8～3.9	0.4～0.6

根据国标GB/T4338-2006《金属材料高温拉伸试验方法》将12NiCrMo钢加工成Φ10mm×120mm的圆棒试样，轴向垂直于轧制方向进行取样，采用Gleeble-1500D模拟试验机对试样进行试验。

将试样水平放置在试验台上，抽真空后进行试验。以10℃/s的速度加热至1250℃并保温3min，使各元素均匀化，之后以3℃/s的冷却速度降到拉伸测试温度（800、900、1000、1100、1150、1180、1200、1220、1230、1250℃），保温3min后，以ε=0.001s-1的形变速率进行拉伸至断裂为止。待拉伸结束后立刻喷水冷却试样，保留断口高温组织状态。在计算断面收缩率及抗拉强度后，对不同温度下水冷断口的硬度进行测定。试验结果表明：

（1）试验温度显著影响12NiCrMo钢的高温力学性能，在800～1200℃范围内，抗拉强度随温度的升高而降低，温度高于1100℃进行拉伸时，出现不同程度的动态回复及再结晶现象。（2）12NiCrMo钢的整体热塑性较好，断面收缩率在各温度区间下均大于40%，但存在偏向高温侧的第Ⅱ脆性区（1209～1230℃），该温度区间发生脆性断裂几率较大，断面收缩率最低时仅为50%。

（3）12NiCrMo钢在1100℃、1250℃拉伸时，发生韧性断裂，形成断口主要为等轴韧窝，含有一定穿晶延性断裂。而1230℃拉伸断口形成明显的沿晶脆性断裂，裂纹起源于试样心部，并可看到二次裂纹形貌，脆性断裂主要与氧化物沿晶界析出有关。

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