核電SA508-3鋼奧氏體晶粒長大規(guī)律的研究

核反應(yīng)堆壓力容器作為壓水堆核電站中的關(guān)鍵設(shè)備，承擔(dān)著固定和包容堆芯及堆內(nèi)構(gòu)建的作用。SA508-3鋼屬于Mn-Mo-Ni型低碳低合金鋼，因其具有高強(qiáng)度、高韌性以及較低的輻照脆化敏感性，在核反應(yīng)堆壓力容器的殼體材料中得到了廣泛應(yīng)用。晶粒尺寸作為衡量微觀組織與材料性能的重要指標(biāo)，一直受到國內(nèi)外學(xué)者的高度關(guān)注。

有研究者利用高溫?zé)釅嚎s試驗及其后的保溫實驗，對該材料晶粒尺寸隨變形量及加熱時間的變化情況進(jìn)行了一定程度的探究。也有學(xué)者在現(xiàn)有鍛造工藝的基礎(chǔ)上，對SA508-3鋼的化學(xué)成分、金相組織及力學(xué)性能等進(jìn)行了分析，探索出了該鋼合理的熱處理工藝。更有學(xué)者利用熱塑性變形和定量金相分析法，探究了SA508-3鋼經(jīng)高溫?zé)嶙冃魏蟮木Я３叽缱兓闆r，并建立了動態(tài)再結(jié)晶晶粒長大數(shù)學(xué)模型。目前，對于SA508-3鋼在鍛造前的加熱保溫過程中晶粒長大規(guī)律的研究相對較少，因此對該鋼種晶粒度的研究及晶粒長大模型的建立變得十分重要。

太原科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院的研究者們利用箱式電阻爐對SA508-3鋼進(jìn)行了不同條件下的加熱保溫實驗，分別討論了加熱溫度及保溫時間對奧氏體晶粒長大的影響。實驗材料為經(jīng)過鍛造的SA508-3鋼，該材料含有Mo、V等高熔點合金元素，且C含量及合金元素含量均很低，屬于低碳低合金鋼。

試樣采用10mm×10mm×15mm方形試塊，所用設(shè)備為KBF1400箱式電阻爐。為了得到奧氏體晶粒在不同條件下的變化規(guī)律，共設(shè)計了6組不同的加熱溫度，分別為950℃、1000℃、1050℃、1100℃、1150℃和1200℃，每組溫度下，分別保溫60min、180min、300min和600min。冷卻方式采用水淬，以便保留原奧氏體晶粒經(jīng)保溫長大后的形貌。將研磨、拋光后的試樣放入配制好的腐蝕液中，溫度控制在55℃左右，腐蝕時間為2min左右。后續(xù)利用ZaissImager顯微鏡拍取金相照片，并按照ASTM標(biāo)準(zhǔn)測得該材料初始狀態(tài)平均晶粒尺寸約為17.24μm。

實驗結(jié)果表明：

（1）SA508-3鋼MC型化合物的溶解溫度大約處于1050～1100℃之間，溫度低于1050℃時，晶粒生長緩慢，隨溫度的升高，生長速率增大。恒定保溫時間，奧氏體晶粒平均直徑與保溫溫度之間符合y=ax(a＞1)型指數(shù)函數(shù)關(guān)系。

（2）當(dāng)保溫溫度一定時，在保溫初期晶粒急劇長大，隨時間的延長，晶粒長大趨勢趨于平緩。奧氏體晶粒長大規(guī)律整體符合y=xn冪函數(shù)模型（n屬于0至1之間）。