激光熔凝核工程结构材料不锈钢的抗腐蚀性研究

论文摘要

不锈钢是核工程结构中常用的材料。大量用于制作燃料元件包壳，工艺管道，蒸汽发生器，泵，阀等，由于工作条件极端苛刻，尽管不锈钢具有优异的抗腐蚀性，但仍会出现许多腐蚀问题，例如应力腐蚀、晶间腐蚀、隙缝腐蚀和点腐蚀等。本文利用TJ-HL-T5000型CO2激光器对1Crl8Ni9Ti奥氏体不锈钢基材和焊接接头进行激光熔凝处理，改善焊接接头抗腐蚀的均匀性，并提高不锈钢抗腐蚀性能。利用JSM-6360V扫描电镜、OXFORD能谱仪、OLYMPUS GX51金相显微镜等仪器对熔凝层进行微观检测，利用CHI660B电化学分析仪对试样进行抗腐蚀性试验，分析其内部组织结构、化学成份与抗腐蚀性能的关系，并对影响腐蚀效果的因素进行了综合研究。试验结果表明：（1）激光熔凝层比不锈钢基体具有更强的耐蚀性，这和熔凝层的结构有关。1Crl8Ni9Ti奥氏体不锈钢基体组织为单相奥氏体等轴晶，经激光表面熔凝处理后，除组织形态发生了显著变化外，在表面的熔化区获得极细的等轴晶和超微晶。（2）由于焊接自身的工艺特点，造成焊接接头的组织和性能不均匀，在核工程恶劣工况下，常出现晶间腐蚀和应力腐蚀。激光熔凝焊接接头中的薄弱环节-近焊缝区，可使近焊缝区的粗大组织细化，改善微观结构和成分偏析，从而提高抗蚀能力。采用加速腐蚀试验方法，对焊接试样施加拉应力，发现近焊缝区经激光熔凝后，应力腐蚀倾向减小。阳极极化曲线测试结果也表明，激光熔凝后不锈钢的抗晶间腐蚀能力有所提高。本研究对不锈钢焊接接头采用激光熔凝改善其抗腐蚀性进行了有益尝试，为激光熔凝技术在更广阔的领域得到应用提供了实验依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 综述
• 1.1 本文研究的目的和意义
• 1.2 核工程结构用不锈钢概况
• 1.2.1 核工程结构用不锈钢的材质特点及应用
• 1.2.2 核工程结构用不锈钢的腐蚀破坏形式
• 1.2.3 核工程结构用不锈钢的防护方法
• 1.3 不锈钢的激光表面处理
• 1.3.1 激光表面工程概况
• 1.3.2 激光加工特点
• 1.3.3 激光表面处理在不锈钢材料上的应用
• 1.3.4 不锈钢激光表面处理的发展趋势
• 1.4 激光熔凝技术
• 1.4.1 激光熔凝的定义
• 1.4.2 激光熔凝的特点
• 1.4.3 激光熔凝技术的研究状况
• 1.5 研究内容及方法
• 1.5.1 研究内容
• 1.5.2 研究方法
• 1.6 实验方案
• 1.6.1 试件制备
• 1.6.2 金相试样制备及观察
• 1.6.3 抗腐蚀性效果考察
• 1.6.4 理论分析
• 1.7 主要的实验室和仪器设备
• 1.8 本文的创新之处
• 第二章 不锈钢基材的激光熔凝
• 2.1 激光熔凝加工条件与方法
• 2.1.1 试验材料
• 2.1.2 试件准备
• 2.1.3 基材试板的激光熔凝
• 2.1.4 金相试样的制备
• 2.2 激光熔凝样品分析
• 2.2.1 形貌特征
• 2.2.2 组织结构特征
• 2.2.3 熔凝层形成规律
• 2.2.4 相结构分析
• 2.2.5 工艺参数分析
• 2.3 试验结果
• 第三章 不锈钢焊接接头的制作与分析
• 3.1 焊接接头的组成
• 3.2 焊接接头的特点
• 3.2.1 组织特点
• 3.2.2 性能特点
• 3.3 不锈钢焊接接头制作
• 3.3.1 试验材料
• 3.3.2 焊接方法
• 3.3.3 焊接接头金相试样的制备
• 3.4 不锈钢焊接区组织特征
• 3.5 化学成分对不锈钢焊接区组织的影响
• 3.5.1 cr、Ni含量对焊缝组织的影响
• 3.5.2 其它元素对焊缝组织的影响
• 3.6 不锈钢焊接接头能谱分析
• 3.7 试验结果
• 第四章 不锈钢焊接接头的激光熔凝
• 4.1 试件制备
• 4.2 激光熔凝处理
• 4.2.1 熔凝前准备
• 4.2.2 熔凝工艺
• 4.2.3 熔凝层宏观检测
• 4.2.4 试样组激光熔凝处理
• 4.3 激光熔凝层组织结构
• 4.3.1 熔凝层分析
• 4.3.2 扫描电镜分析
• 4.3.3 能谱分析
• 4.3.4 自由表面组织分析
• 第五章 不锈钢抗腐蚀性能试验与分析
• 5.1 不锈钢的应力腐蚀
• 5.1.1 不锈钢在高温水中的氧化膜
• 5.1.2 不锈钢应力腐蚀特征
• 5.1.3 不锈钢在高温水中发生应力腐蚀的主要原因
• 5.2 应力腐蚀试验方案
• 5.3 不锈钢焊接接头的抗应力腐蚀试验
• 5.3.1 试样准备
• 5.3.2 浸泡观察
• 5.3.3 拉伸试验
• 5.4 应力腐蚀试验结果及讨论
• 5.4.1 应力腐蚀敏感性分析
• 5.4.2 激光熔凝提高抗应力腐蚀性能
• 5.5 不锈钢的晶间腐蚀
• 5.5.1 金属腐蚀的电化学机理
• 5.5.2 极化原理
• 5.6 晶间腐蚀测试依据
• 5.7 不锈钢的晶间腐蚀试验
• 5.7.1 试验条件与方法
• 5.7.2 试样准备
• 5.7.3 阳极极化曲线测定
• 5.8 晶间腐蚀试验结果及讨论
• 5.8.1 不锈钢产生晶间腐蚀的原因
• 5.8.2 不锈钢晶间腐蚀机理
• 5.8.3 激光熔凝改善晶间腐蚀
• 第六章 结论和需要进一步研究的问题
• 6.1 结论
• 6.2 需要进一步研究的问题
• 参考文献
• 致谢