论文部分内容阅读
核电主管道是核岛关键部件之一，其热老化与应力腐蚀开裂(SCC)现象是亟待解决的工程问题。固溶快冷能够实现间隙原子在基体中的均匀分布，从而提高应力腐蚀开裂抗力，但不同固溶冷速试样热老化处理之后的性能还有待研究。本文首先利用第一性原理软件计算了奥氏体体模型和表面模型的结构特性，同时对不同固溶冷速老化态的试样进行微观组织特性以及应力腐蚀开裂敏感性分析。通过Materials Studio计算可知，C、N间隙原子在奥氏体八面体间隙存在，与Fe原子形成极性共价键。Cr、Mo置换原子与基体Fe原子形成反键，稳定性较差;Ni原子与Fe原子形成共价键，稳定性较好。热老化过程中，C、N间隙原子扩散沿八面体间隙-八面体间隙路径扩散。C、N原子在奥氏体单胞中的扩散势垒分别为2.620eV和3.911eV。奥氏体结构(111)面和(110)面的表面能为2.688J/m2和3.056J/m2，表面结构添加C、N原子后，表面能均会增加，N原子对表面能的影响较大；C、N原子的C(N)-2p轨道电子主要与Fe-3d轨道发生杂化作用，生成较强的极性共价键。利用XRD对不同固溶冷速老化态试样进行了分析，发现相同热老化状态下固溶冷速较快试样的点阵常数较大，基体中位错密度较高。热老化处理后，试样的显微硬度增大，电阻率增大。经过相同的热老化处理后，固溶快冷试样的显微硬度值较大，电阻率较高。老化态不同冷速试样晶界处的硬度值均大于晶粒内部的硬度值。经过5000h热老化处理后，固溶快冷试样的SCC敏感性较低。不同固溶冷速试样热老化处理后，其SSRT试样边缘均为解理状断口，心部均为韧窝状断口，冷速较慢试样的脆性解理特征更为明显。对侧边小裂纹的分析验证了滑移-溶解-滑移的应力腐蚀机理，新鲜金属的氧化产物不断在裂纹处累积，形成的楔入力会加速应力腐蚀裂纹的扩展。