供稿|趙林科，于軍輝，李小寧 /

0Cr18Ni10Ti不銹鋼屬于Cr-Ni奧氏體不銹鋼系列，不僅具有優(yōu)良的抗氧化性和耐腐蝕性能，還具有優(yōu)異的高溫力學性能，在核反應堆的結構件中得到了廣泛應用。目前，國內外學者對0Cr18Ni10Ti不銹鋼進行了大量的研究。羅通偉[1]介紹了TiN對0Cr18Ni10Ti的耐腐蝕性能具有不利的影響，提出了通過選擇適宜的原輔材料、冶煉工藝流程及工藝參數(shù)可有效降低鋼中TiN含量。傅前進[2]等針對0Cr18Ni10Ti不銹鋼的鍛造變形、加熱溫度進行了研究，確定了采用穩(wěn)定化處理+中低溫鍛造變形+靜態(tài)再結晶細化晶粒的方法可有效的提高材料的抗拉強度。余志川[3]認為提高α相含量和冷軋變形量可有效的提高管材高溫拉伸性能。馬勝斌[4]認為對0Cr18Ni10Ti不銹鋼中的化學成分、α相和晶粒度進行控制，可有效的提高高溫拉伸性能。王學鵬和石國發(fā)[5]研究了0Cr18Ni10Ti不銹鋼在固溶中保溫溫度和保溫時間對力學性能的影響，最終獲得非比例延伸強度和抗拉強度隨溫度變化的規(guī)律。

高溫拉伸性能是0Cr18Ni10Ti 的基本性能之一，f10 mm×0.5 mm的0Cr18Ni10Ti不銹鋼管常被作為核反應堆控制棒包殼，反應堆中高溫高壓的環(huán)境對其高溫力學性能提出了較高的要求，間接評價了0Cr18Ni10Ti不銹鋼堆內運行的可靠性，因此開展0Cr18Ni10Ti不銹鋼包殼管高溫拉伸性能的課題是目前核材料工作者研究的熱點之一。有關加工工藝對0Cr18Ni10Ti不銹鋼管高溫拉伸性能的影響目前尚未報道，本文研究了變形量、固溶溫度及矯直次數(shù)對0Cr18Ni10Ti不銹鋼管高溫拉伸性能的影響，為核材料的理論和實踐提供了基礎數(shù)據(jù)。

實驗方法

實驗材料為0Cr18Ni10Ti不銹鋼包殼管，其化學成分如表1所示。由管坯(f19 mm×1.2 mm)依次經過軋制、除油、固溶、拉拔、矯直、拋光及酸洗加工至成品管材(f10 mm×0.5 mm)。拉拔變形量分別為8%、10%及13%，固溶溫度分別為1020、1040及1060℃，分別進行一次和二次矯直。對以上不同加工工藝的材料進行高溫拉伸實驗，為保證實驗的可靠性，每組實驗均進行3次重復實驗，取平均值作為材料的拉伸性能。

表1 0Cr18Ni10Ti不銹鋼主要化學成分 (質量分數(shù)，%)

實驗結果與分析

拉拔變形量對高溫拉伸性能的影響

圖1為拉拔變形量對0Cr18Ni10Ti不銹鋼管320℃高溫拉伸性能的影響關系圖。從圖1可見，隨著拉拔變形的增加，0Cr18Ni10Ti不銹鋼管的高溫屈服強度和抗拉強度顯著降低，而高溫延伸率明顯升高。0Cr18Ni10Ti不銹鋼是Fe-Cr系奧氏體不銹鋼，該鋼通過添加了Ti元素從而形成TiC和TiN相來強化鋼的力學性能。隨著變形量的增大，鋼中TiC和TiN相的析出更加困難，導致TiC和TiN相的強化作用減弱，因此屈服強度和抗拉強度顯著降低，延伸率明顯升高[1-4]。

圖1 拉拔變形量對0Cr18Ni10Ti不銹鋼管320℃高溫拉伸性能的影響

固溶溫度對高溫拉伸性能的影響

圖2 為固溶溫度對0Cr18Ni10Ti不銹鋼管320℃高溫拉伸性能的影響關系圖。隨著固溶溫度的升高，0Cr18Ni10Ti不銹鋼管的高溫抗拉強度先升高后降低，屈服強度升高，延伸率降低。這是由于在1020～1040℃固溶溫度時，0Cr18Ni10Ti不銹鋼中析出的TiN和TiC二次粒子數(shù)量較多，該粒子彌散分布在晶內和晶界處，具有強化的效果，所以抗拉強度和屈服強度升高，延伸率降低；隨著固溶溫度的升高，即在1040～1060℃時，鋼中原有析出的TiN和TiC二次相會逐漸溶解于奧氏體中，從而造成鋼的抗拉強度顯著下降[3-8]，而1040～1060℃之間不銹鋼的屈服強度和延伸率的變化規(guī)律有待進一步研究。

圖2 固溶溫度對0Cr18Ni10Ti不銹鋼管320℃高溫拉伸性能的影響

矯直次數(shù)對高溫拉伸性能的影響

圖3為矯直次數(shù)對0Cr18Ni10Ti不銹鋼管的320℃高溫拉伸性能的影響關系圖。從圖3中可見，隨著矯直次數(shù)的增加，0Cr18Ni10Ti不銹鋼管的高溫抗拉強度先降低后變化不大，高溫屈服強度略有升高，延伸率變化不大。0Cr18Ni10Ti不銹鋼管矯直的目的主要為提高鋼管的直線度，對于管材局部尺寸偏大處采用壓力方法進行調整確保0Cr18Ni10Ti不銹鋼管的外徑尺寸達到要求。由于只是對鋼管尺寸進行微調，即鋼的變形量變化不大，所以鋼的高溫延伸率變化不大，而屈服強度略有升高。鋼在二次矯直后，抗拉強度變化不大，而對于一次矯直后，0Cr18Ni10Ti不銹鋼的抗拉強度明顯降低的趨勢有待進一步研究。

圖3 矯直次數(shù)對0Cr18Ni10Ti不銹鋼管320℃高溫拉伸性能的影響

結論

通過對不同拉拔變形量、不同固溶溫度、不同矯直次數(shù)加工的0Cr18Ni10Ti不銹鋼包殼管320℃高溫拉伸性能的測試，摸索了加工工藝對0Cr18Ni10Ti不銹鋼管高溫力學性能的影響規(guī)律：隨著拉拔變形量的增大，0Cr18Ni10Ti不銹鋼管的高溫拉伸屈服強度和抗拉強度明顯降低，延伸率顯著升高；隨著固溶溫度的升高，0Cr18Ni10Ti不銹鋼管高溫抗拉強度先升高后降低，屈服強度升高，延伸率降低；隨著矯直次數(shù)的增加，0Cr18Ni10Ti不銹鋼管的高溫抗拉強度先降低后變化不大，高溫屈服強度略有升高，延伸率變化不大。

攝影 賈大庸

[1] 羅通偉. 0Cr18Ni10Ti鋼中TiN夾雜物的危害及應對措施. 特鋼技術，2014(3)：1

[2] 傅前進，劉波，張思清，等. 0Cr18Ni10Ti鋼鍛造工藝研究. 大型鑄鍛件，2001(4)：3

[3] 余志川. 0Cr18Ni10Ti管材350℃性能問題探討. 特鋼技術，2015(3)：11

[4] 馬勝斌. 0Cr18Ni10Ti中溫(350℃)性能探討. 特鋼技術，2013(4)：24

[5] 王學鵬，石國發(fā). 大型電機材料0Cr18Ni10Ti不銹鋼的高溫力學性能. 理化檢驗-物理分冊，2016，52(3)：159

[6] 羅毅軍. 反應堆冷卻劑主管道316LN新型管材替代321管材的可行性研究. 核動力工程，2013，34(5)：80

[7] 吳杰. 關于0Cr18Ni10Ti鋼高溫R_(P0.2)數(shù)據(jù)異常的分析. 特鋼技術，2013(2)：56

[8] 肖紀美. 不銹鋼的金屬學問題. 北京：冶金工業(yè)出版社，2006