核用材料讲课稿

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,核 用 材 料,预 热,学而不思则罔,思而不学则殆。,学问,技能、形象、态度、道德,今天计划讲点什么？,基本内容,两个案例,几道判断题和选择题,定义：,材料,是人类社会所能接受的,、经济地制造有用器件（或物品）的物质。,金属材料,，陶瓷材料，,高分子材料，复合材料,目 录,一. 金属材料,二. 金属材料加工,三. 金属材料在运行时产生的常见缺陷,分目录,一. 金属材料,金属材料基本概念,核设备常用结构材料,核燃料元件常用材料,金属材料的性能,关于金属材料的一些基本概念,1,金属材料的化学成分,钢和铸铁,钢,：,含碳量小于,2.11%,的铁碳合金,。,铸铁或生铁,：,含碳量大于,2.11%,的铁碳合金。,铁素体,F、,渗碳体,Fe,3,C、,珠光体,P、,奥氏体,A,及其性能,铁素体,是碳溶解于,-Fe,中形成的间隙固溶体，常用,F,或,表示。铁素体的性能与纯铁相近，即强度、硬度低，塑性、韧性好。,渗碳体,是铁和碳的金属化合物，分子式为,Fe,3,C，,含碳量为6.69%，其特点是熔点高，硬度高，,HB800，,脆性大，塑性、韧性极低。,珠光体,是铁素体和渗碳体两相组成的机械混合物。用,P,表示，平均含碳量为0.77%。性能介于渗碳体与铁素体之间，强度较高，硬度适中，有一定塑性。,奥氏体,是碳在,-Fe,中形成的间隙固溶体，常用,A,或,表示。727时，溶碳量为0.77%，1148时为2.11%。奥氏体为顺磁性，其硬度较低，塑性较好。,莱氏体,是,奥氏体,和,渗碳体,的机械混合物,用,L,e,表示,。,关于金属材料的一些基本概念,铁碳合金状态图,关于金属材料的一些基本概念,碳钢及其分类与编号,碳钢是指含碳量在,0.02%-2.11%,之间的铁碳合金。,(1) 碳钢的分类：,按含碳量不同,分为低碳钢(,C0.25%)、,中碳钢(,C：0.25%-0.55%),和高碳钢(,C0.55%)。,按脱氧方式不同,分为沸腾钢(不完全脱氧)和镇静钢(完全脱氧)。,按质量不同,分为普通碳素钢(,S0.055%，P0.045%)、,优质碳素钢(,S0.045%，P0.04%),和高级优质碳素钢(,S0.03%，P0.035%)。,按用途不同,分为碳素结构钢(,C0.7,%,),和碳素工具钢(,C0.7%)。,关于金属材料的一些基本概念,(2) 碳钢的编号,：,GB221-63,钢铁材料牌号表示方法规定：钢材牌号采用化学元素符号和汉语拼音缩写字母并用的方法表示。,普通碳素钢,：分为甲类、乙类和特类三种。甲类钢：只保证机械性能，不保证化学成分，用,A1、,A2,、,A7,表示,，,强度高，塑性低。乙类钢：只保证化学成分，不保证机械性能，用,B1、B2、,B7,表示，数字大，含碳量高。特类钢：既保证化学成分，又保证机械性能，用,C1、C2、,C7,表示。,优质碳素结构钢,：既保证化学成分，又保证机械性能，含,C、S、P,量较低。常用两位数字表示。如20号钢平均含碳量为0.20%。,碳素工具钢,：含碳量在0.7%,-,1.35%之间，用,T7、T8、,T13,表示。数字表示平均含碳量为千分之几，如,T7,表示平均含碳量为0.7%。钢号后加,“,A,”,，,表示高级碳素工具钢，如,T7A。,关于金属材料的一些基本概念,合金钢,在碳钢中有目的地加入一些合金元素的钢，称为合金钢。常用合金元素有,Cr、Ni、Mo、Ti、Nb、W、V、Si,等。,(1) 合金钢的分类,：,按合金元素总含量不同,分为低合金钢(5%)、中合金钢(5%-10%)和高合金钢(10%)。,按用途不同,分为合金结构钢、合金工具钢和特殊性能钢。,按退火或正火状态下组织不同,分为珠光体钢、奥氏体钢、马氏体钢、贝氏体钢等,。,关于金属材料的一些基本概念,合金钢的编号,：,合金结构钢,：前面两位数字表示平均含碳量的万分之几，合金元素用百分之几表示。,例：,12,CrNi3,表示平均含碳量为0.12%，含铬量为1%，含镍量为3%左右。,合金工具钢,：前面数字表示含碳量，含碳量1%不标出，含碳量1%，用千分之几表示。合金元素用百分之几表示。,例：,Cr12Mo，C1%，Cr,为12%左右。,Mo,为1%左右。,又,例：,5,CrNiMo，,含碳量为0.5%左右，,Cr、Ni、Mo,含量均为1%左右,。,关于金属材料的一些基本概念,不锈钢及其分类,不锈钢是指含,Cr,大于11%,的合金钢，它是工业上最重要的(高)合金钢。,四大类：,(1),马氏体不锈钢,含,Cr12% (,常用钢种含,Cr13%,或17%)，不含,Ni,或含少量,Ni(,约2%)。特点是可以经热处理硬化，获得高强度和高硬度。,(2),铁素体不锈钢,含,Cr 12%,27%，,含,Ni0.5%。,不能经热处理硬化，但可经冷加工硬化。,(3),奥氏体不锈钢,含,Cr16%,18%，Ni8%，,非磁性，不能经热处理硬化。可经冷加工硬化。它的耐蚀性和加工性都比前两类好，用途最广泛。最普通的品种是18,Cr8Ni,钢,（,300,号不锈钢，国内写法：1,Cr18Ni9Ti, 0Cr18Ni9Ti）,。,(4),沉淀硬化钢(或称时效硬化钢),含,Cr 17%，Ni 4.25,7%，,还可含少量,Cu、Mo、Al、Ti,等。,在上述四类不锈钢中，,奥氏体不锈钢是性能最优，用途最大的钢种。,(,防腐,，,高强，良好的焊接性能,）,关于金属材料的一些基本概念,化学元素,Mn、Si、C,r,、,Ni,、,Ti,、,S、P、C,对合金钢性能的影响,(1),锰(,Mn),：,锰具有脱氧作用，能减轻硫的有害作用。含锰量适当，能提高钢的,强度和硬度,，增加钢的耐磨性，减少气孔，提高焊缝的抗热裂性能，但塑性和冲击值降低。当,Mn1%,时，将增加焊缝的强度和韧性；当,Mn1%,时，则焊缝易产生裂纹和夹渣，焊接性变坏。压力容器用碳钢中的含锰量一般在0.35-0.65,%,之间。,(2),硅(,Si),：,硅是强脱氧剂，溶入铁素体中能提高钢的,强度,，使焊缝致密均匀，提高钢的,抗腐蚀性和抗氧化能力,，加工硬化作用强。但含量过大时易使焊缝中形成夹渣，同时降低抗弯角度和冲击韧性，焊接性变差。压力容器用碳钢中的含硅量一般在0.15%-0.30%之间。,(3),铬,(,Cr),:,为了提高钢的,耐腐蚀性能, 要提高铁基固溶体的电极电位, 使其在氧化介质作用下,表面形成致密的、稳定的钝化膜,在这方面铬是最有效的合金元素。铬在奥氏体不锈钢中最低含量为11.7%。,关于金属材料的一些基本概念,化学元素,Mn、Si、C,r,、,Ni,、,Ti,、S、P、C,对合金钢性能的影响,(4),镍(,Ni),:,镍是扩大奥氏体区的元素, 将镍提高至8%时, 合金在常温下也具有奥氏体组织, 除具有,耐腐蚀性能,外,还具有冷变形性能、焊接性能、冲击韧性和没有磁性等,。,(5),钛(,Ti),:,钛加于不锈钢中是为了防止,晶间腐蚀, 必须要与碳保持一定比例,。,另外还要考虑到钛与氧和氮易形成氧化物和氮化物等夹杂物。,(6),硫(,S),：,硫是钢中的有害杂质，含硫量多时，晶界存在低熔点组成相，在热加工过程中容易产生热裂现象，即,热脆,。焊接时，容易导致,焊缝热裂,。在焊接过程中硫易与氧化合，生成,SO,2,，,使焊缝中产生气孔和疏松。故应限制含硫量。压力容器用碳钢中含硫量一般控制在0.045%以下。,关于金属材料的一些基本概念,化学元素,Mn、Si、C,r,、,Ni,、,Ti,、S、P、C,对合金钢性能的影响,(7),磷(,P),：,磷是钢中有害杂质，能与碳化合，并析出脆性化合物(,Fe,3,P)，,使钢的,塑性,、,韧性,，特别是,冲击值,明显下降，在低温时尤为显著，即出现,冷脆现象,。磷的存在使钢的焊接性变坏，焊接时易产生裂纹。压力容器用碳钢的含磷量一般控制在0.04%以下。,(8),碳(,C),：,碳是钢中的重要,强化元素,。含碳量增加，钢的强度和硬度提高，但塑性和韧性降低，焊接性变坏。基于碳要与铬结合成,碳化铬, 降低不锈钢的耐腐蚀性能, 所以含碳量都比较低。故一般压力容器用钢含碳量必须控制在0.24%以下。,关于金属材料的一些基本概念,铁,碳钢,合金钢,（低合金钢）,不锈钢,镍基合金,Monel,/,镍铜,Inconel,/,镍基,Incoloy,/,铁镍基,Cr,11,C,2,.11%,188,奥氏体不锈钢,Cr、Ni、Mo、,Ti、Si,关于金属材料的一些基本概念,高温工作条件对材料的要求,对制造高温容器用钢的要求是：在高温条件下，具有足够的强度、稳定性和高温抗氧化性能。,高温容器用钢不宜选用碳钢,，因为碳钢在300以上时，强度显著下降。,400,900,是,188奥氏体不锈钢的,敏化温度,区间（产生晶间腐蚀的碳化物析出区 晶间腐蚀 有害）。,分目录,金属材料,金属材料基本概念,核设备常用结构材料,核燃料元件常用材料,金属材料的性能,1.核用材料性能,的总体要求,(概念）,1）核性能,中子吸收截面，活化截面，半衰期,2）力学性能,强度，塑韧性，耐热性,3）化学性能,化学稳定性，抗腐蚀性，相容性,4）物理性能,导热，热膨胀，熔点，晶体结构稳定,5）辐照性能,辐照敏感,6）工艺性能,加工，制造，焊接等,7）经济性,材料来源，生产工艺，制造成本,1.,核用材料性能,的总体要求,（规范,/标准）,1),选用的化学成分；,2),交货件的热处理；,3),根据可焊性要求须作的加速晶间腐蚀试验；,4),室温下的力学性能；,5),设计温度下力学性能。即：保载5分钟测定残余伸长0.2%条件下屈服强度。如有必要时，也适用测定抗拉强度。,2,.,核设备常用材料,反应堆冷却剂系统（也叫一回路系统）,高压（15,MPa）,高温（330）,强核辐照(中子通量,6,10,10,n/(cm,2,s),工作寿命要求有30年或更长。,对核设备材料的一般选用要求必须满足,耐腐蚀,、,耐辐射,、,耐湿,、,耐温热,和,耐疲劳,等。,也必须通过力学性能、腐蚀性能和辐照性能的试验。,规范,要求,：,IAEA,国际原子能机构,IAEA 50-C-D,“,核电厂安全设计实施,”,法规,美国,ASME,“,锅炉和压力容器规范,”,第,III,卷,法国,RCC-M,“,压水堆核电厂核岛机械部件的设计和建造规则,”,第,II,卷（,M,卷）,SG,传热管选材案例分析,0,Cr18Ni10Ti,在含氯离子和含氧的高温水中，不同合金的耐应力腐蚀性能,（,T,穿晶型，,I,晶间型，,TI,穿晶晶间混合型）,钛合金,钛合金：以钛为基体加入其它元素组成的合金,比强度高（抗拉强度可达1014,MPa,，,而密度仅为钢的60）；热强性好（可在450500,C,的温度下长期工作）；资源丰富。,很耐海水腐蚀,。,大量用于核电厂设备冷却热交换器核冷凝器的传热管 （配合于除盐装置，防腐）,可用,UT, ECT, PT,等多种,NDT,方法对其进行检测。,在海水中腐蚀电位,高低次序表,分目录,金属材料,金属材料基本概念,核设备常用结构材料,核燃料元件常用材料,金属材料的性能,燃料元件包壳材料,性能要求：,热中子吸收截面小，感生放射性小，半衰期短；,强度好、塑韧性好、抗腐蚀性强、对晶间腐蚀、应力腐蚀和吸氢不敏感；,热强性、热稳定性和抗辐照性能好；,导热率高、热膨胀系数小，与材料和冷却剂相容性好；,易加工、便于焊接和成本低廉。,燃料元件包壳材料,（续）,适宜作包壳用的材料：,铝及铝合金,镁合金,锆合金,奥氏体不锈钢,高密度热解炭（石墨）,几种锆合金的成分,【质量分数（）】,分目录,金属材料,金属材料基本概念,核设备常用结构材料,核燃料元件常用材料,金属材料的性能,金属材料的性能,1,.,材料的力学性能(机械性能),材料的机械性能及指标,金属材料的,机械性能,：,是指金属材料在一定的温度条件下受到外力作用时，抵抗变形和断裂的能力，又称材料的,力学性能,。,机,械,性能包括,强度,、,硬度,、,韧性,、,塑性,等。对于压力容器用材料，最重要的是材料的强度、塑性和韧性指标。,一般材料的强度和塑性通过拉伸试验测定，韧性通过冲击试验测定，硬度通过硬度试验测定。,*比例极限；*弹性极限；*屈服强度；*极限强度；,*断裂强度,金属材料的性能（续）,塑性材料的应力 应变曲线,金属材料的性能（续）,脆性材料的,应力应变曲线,金属材料的性能（续）,强度,强度是指金属材料在外力作用下抵抗变形和破坏的能力。,塑性,金属材料在外力作用下产生永久变形的能力，叫做塑性。,延伸率和断面收缩率,硬度,硬度是指金属材料抵抗硬物压入其表面的能力。它表示金属材料的坚硬程度。,布氏硬度试验法、洛氏硬度和维氏硬度试验法。,金属的冲击韧性,冲击韧性是指金属材料在冲击载荷（指突然增加的载荷）作用下，抵抗破坏的能力,。,金属材料的性能（续）,脆性转变温度,(NDTT-Nil Ductility Transition Temperature),冲击韧性与试验温度有关。在低温下，材料会出现由塑性状态转变为脆性状态。使材料的冲击韧性值急剧降低的温度，叫做脆性转变温度。,脆性转变温度越低的金属，越能在低温下承受冲击载荷。,脆性转变温度的高低也是金属材料的性能指标之一。,什么是断裂力学,?,它是研究带裂纹物体的强度以及裂纹扩展规律的一门科学。,断裂力学是建立在,“,缺陷理论,”,的基础上，即认为断裂的发生是由于材料中存在不可避免的微小裂纹而引起。,解释了,“,低应力脆断,”,现象。,剩余强度慨念。,线弹性断裂力学的基本概念,由,裂纹引起的破坏类型,1),脆性断裂,2),韧性断裂,3),疲劳,4),蠕变,5),腐蚀,应力强度因子,（,K）,：K,反映了裂纹端的应力场的强弱程度，也就是说可以用,K,来描述裂纹尖端应力场的强弱，进而判断裂纹是否进入临界状态。,材料的断裂韧性,（,K,1c,）,：表示了材料阻抗裂纹扩展的能力，可看作是材料抵抗脆性破坏能力的一个断裂韧性参量。断裂韧性可以说既是强度指标，又是韧性指标。在一定条件下，它是一个材料常数,。,线弹性断裂力学的基本概念,（续）,判断裂纹体是否安全？,K,K,1C,裂纹失稳扩展(破坏),K,K,1C,裂纹不扩展(安全),开裂的三种类型,线弹性断裂力学的基本概念,（续）,疲劳裂纹扩展速率,da,/,dN,C(K),n,断裂力学的工程应用,应用断裂力学方法所需要的信息,(1),确定最小可检测到的裂纹长度。,(2),在结构含裂纹的前提下，预计剩余强度；根据所要求的失效安全载荷，确定临界裂纹长度。,(3),建立所期望的加载历史。,(4),确定从最小可检测裂纹尺寸扩展至临界裂纹尺寸的裂纹扩展曲线。,(5),具有预计易引发裂纹部位的知识。,(6),考虑所及结构或部件可达性因素，实现可靠的检测。,断裂力学的工程应用,（续）,选择最有效的检测方法与下列因素有关：,(1)可达性；,(2) 检测技术的灵敏性和最小可检裂纹长度；,(3) 检测频率。,直接法,应用说明,1. 目视,只适用于易达区域，检测微小裂纹则需要较多的经验。,2. 液体渗透,只适用于易达区域，与目视检测具有同级别的检测灵敏度。,3. 磁粉,只适用于磁性材料，需要拆卸部件，在专门的机构上进行检测。缺口或不平会产生显示信号，是灵敏的检测方法。,4. 射线,用途广泛，灵敏度高。若在角焊缝或加强筋边缘有裂纹，则评片较难，厚板中的小平面裂纹不易检测到。,检测方法及与结构断裂相关的特点,间接法,应用说明,1. 超声波,通过选择不同的探头和输入脉冲,可应用广泛. 获取缺陷的尺寸和性质则有一定的难度.,2. 涡流,便宜，宜于使用。线圈可做得足够小，以实现伸入孔内进行检测。若应用的人技能高，则可达较高的灵敏度。对缺陷的性质和尺寸基本不知或知之甚少.。,3. 声发射,结构加载，方可检测，可连续监督。设备昂贵，对信号的解释有一定的难度。,检测方法及与结构断裂相关的特点,（续）,断裂力学的工程应用,（续）,中子辐照对材料性能的影响,脆性断裂与温度的关系,: 必须有下列三个条件同时存在才会产生脆性断裂：,(1),必须有缺陷(裂纹或缺口)存在；,(2) 必须有足够大的拉伸应力存在；,(3) 金属必须处在足够低的温度下。,中子辐照对脆性断裂的影响:,材料经辐照后，脆性转变温度将会升高。,大亚湾核电站反应堆钢材脆性转变温度随中子注量的变化,-27,C 30,年 25 ,C,上升 52 ,C,-,27,C,25,C,国外规范推荐的断裂力学分析方法,ASME,第,III,卷附录,G,和,ASME,第,XI,卷附录,A,方法的基础是线弹性断裂力学,方法,：,将缺陷化成可以进行分析的形状,；,求出反应堆寿命期间在各种状态下相应的应力；,算出恰当的应力强度因子；,试验测出材料的断裂韧性值；,采用线弹性断裂力学方法计算裂纹的扩展和缺陷的临界尺寸；,与第,III,卷,IWB-3600,中的判据进行比较以确定缺陷的可接受程度。,ASME,第,XI,卷附录,A,推荐的显示验收流程示意图,分目录,金属材料加工,热处理,压力加工,焊接,铸造,冶炼和加工过程中的缺陷,金属材料热处理,钢的热处理及常用的热处理方法,钢的热处理,:,是指钢在固态下通过加热、保温和冷却，改变其内部组织，从而获得所需性能的一种工艺方法。,目前常用的热处理方法有退火、正火、淬火和回火等。,由于钢在固态范围内，随着加热温度和冷却速度的变化，其内部组织结构将发生相应的变化，不同的组织结构，性能不同，所以,热处理能改变钢的性能,。,例,:,含碳量0.77%共析钢在727以上为,奥氏体,，缓慢冷却时奥氏体转变为,珠光体,，快速冷却时奥氏体转变为马氏体。马氏体与珠光体的组织结构绝然不同，性能差别很大。前者硬度很高，塑性很差；后者硬度较低，但塑性较好,。,金属材料热处理,（续）,退火,定义,：,把钢加热到某一温度后，,保温一定时间，然后缓慢冷却,，以获得接近平衡状态的组织，这种热处理工艺称为退火。,目的,：,是为了降低硬度，细化晶粒，提高塑性和韧性，消除内应力等。,(1) 低温退火,(2) 完全退火,(3) 等温退火,(4) 球化退火,(5) 扩散退火,金属材料热处理,（续）,正火,正火是将钢加热到,A,c3,或,A,cm,以上30-50保温一定时间，出炉后在,空气中冷却,的一种热处理工艺。,正火与退火相比，主要区别是正火冷却速度快，所获得组织比较细，强度、硬度比退火高一些。,淬火,淬火是将钢材加热到,A,c3,或,A,c1,以上30-50，保温一定的时间，然后,快速冷却,(超过该钢的临界冷却速度,V,临,)得到,马氏体组织,的热处理工艺。,淬火的目的是提高钢的强度和硬度，增加耐磨性，与随后的回火相配合，可以获得高强度和高韧性的综合性能,。,金属材料热处理,（续）,回火,回火是将,淬火,后的钢材加热到,A,1,(727),以下的某一温度，保温一段时间，然后在,空气,中或,油中,冷却的一种热处理方法。,回火的目的是降低脆性，消除内应力，稳定工件尺寸和获得所要求的机械性能。,(1),低温回火,：在150-250进行，所得组织为回火马氏体。回火后降低了淬火钢的内应力和脆性，保持其高硬度和高耐磨性的特点。主要用于工、模具钢。,(2),中温回火,：在350-450中进行，所得组织为铁素体与极细的粒状渗碳体组成的回火屈氏体，具有高的弹性极限和屈服极限，有较好的韧性。主要用于弹簧和轴套等工件。,(3),高温回火,：在500-650中进行，所得组织为铁素体和细而均匀的粒状渗碳体组成的回火索氏体，具有一定的强度、硬度、塑性和韧性。通常把,“,淬火+高温回火,”,称为,调质处理,。主要用于连杆、螺栓、齿轮等重要工作。,分目录,金属材料加工,热处理,压力加工,焊接,铸造,冶炼和加工过程中的缺陷,压力加工,定义：在外力的作用下，使金属坯料产生塑性变形，从而获得一定形状、尺寸和力学性能的原材料、毛坯或零件的成型加工方法。,轧制,锻造,挤压,冷拔,冲压,分目录,金属材料加工,热处理,压力加工,焊接,铸造,冶炼和加工过程中的缺陷,焊接,定义：,利用加热、加压或两者兼用，使两焊接件原子间互相扩散，从而牢固地连在一起，形成一个整体的工艺过程。,分类：,熔化焊（,电弧,（,手工、埋弧、气体保护、等离子,）、气焊、电渣焊、电子束、激光）,压力焊,钎焊,焊接,（续）,电弧焊：,电弧焊是利用电极与焊体之间形成的电弧所产生的热量将被焊金属和焊条熔化形成一种永久接头的焊接方法。,手工电弧焊,埋弧自动焊,气体保护焊 （用某些气体将空气与熔化金属隔开，使熔化金属免受空气氧化和氮化影响）,氩弧焊,二氧化碳气体保护焊,焊接,（续）,电渣焊：,是利用电流通过熔渣产生的电阻热熔化焊丝和母材形成焊接熔池的焊接方法。,等离子弧焊：,是利用水冷喷嘴对电弧的拘束作用，获得较高能量密度的等离子弧进行焊接的方法。,焊接,（续）,焊接规范,焊条直径,焊接电流,电弧电压（工作电压）,焊接层数,焊接速度,焊接,（续）,金属材料焊接性,在一定的工艺条件下，通过焊接形成优质接头的性能。,工艺焊接性,使用焊接性,含炭量 （含炭量 ，焊接性 ）,异种钢焊接 （马氏体组织，碳扩散，热应力）,分目录,金属材料加工,热处理,压力加工,焊接,铸造,冶炼和加工过程中的缺陷,铸造,熔炼金属，制造铸型，并将熔融金属浇入铸型，凝固后获得一定形状和一定性能铸件的方法。,a.,砂型铸造,b.,熔模铸造,c.,金属型铸造,d.,压力铸造,e.,离心铸造,将液态金属浇入高速旋转的铸型，在离心力作用下凝固成型的铸造方法。,核电厂的主管道直管采用的就是离心铸造工艺。,一个典型铸造不锈钢的图例,分目录,金属材料加工,热处理,压力加工,焊接,铸造,冶炼和加工过程中的缺陷,核用材料冶炼和加工过程中的缺陷,1冶炼和加工过程中的常见缺陷,1.1,铸件中常见的缺陷,:,气孔、缩孔、夹杂、疏松、裂纹。,1.2,锻件中常见的缺陷,:,裂纹、白点、折叠和夹杂等。,形成的原因主要是：,(1),裂纹,：锻造或锻后热处理工艺操作不当造成应力过大引起锻件局部破裂而形成裂纹。锻件裂纹多见于锻件表面。,(2),白点,：锻件在锻后快速冷却时，过量的氢来不及逸出，产生很大的应力，引起金属破裂，形成白点。热处理时，相变应力和热应力会加速白点的形成。锻件白点常位于锻件大截面的中心部位，成群出现，属于密集性缺陷，危害大。多见于镍钢、镍铬钢、铬钢、锰钢中。,(3),折叠,：锻造时操作不当，锻件表面凸出部位或氧化皮被挤压在锻件中形成折叠。折叠位于锻件表面或近表面，又称重皮。,(4),夹杂,：冶炼、浇铸时，残留在金属中的难熔金属或非金属杂质经锻造形成片状夹杂。,核用材料冶炼和加工过程中的缺陷,（续）,1.3,板材中常见的缺陷,钢板是由板坯轧制而成的，而板坯是由钢锭轧制或连续浇铸而成的。,钢板中常见缺陷,有分层、折叠、白点和裂纹等。,分层,是板坯中缩孔、夹渣等在轧制过程中未焊合而形成的分离层。,折叠,是钢板表面局部形成的互相叠合的双层金属。,白点,是钢板在轧制后的冷却过程中氢原子来不及扩散而形成的微小裂纹，其裂面呈白色，常见于厚度大于40,mm,的钢板中。,裂纹,是由于轧制变形量过大和温度不当而形成的破裂，常见于钢板的棱角处。,钢板中最危险的缺陷是裂纹和白点,。压力容器用钢板中不允许存在裂纹和白点。,钢板中的分层、折叠一般平行于板面。,核用材料冶炼和加工过程中的缺陷,（续）,1.4,管材中常见的缺陷,无缝钢管是通过穿孔法或高速挤压法得到的。,无缝纲管中常见缺陷,有,折叠、夹杂、夹层和裂纹,等。,焊接管中常见缺陷,与焊缝类似，一般为,气孔、夹渣 、未焊透和裂纹,等。,厚壁大口径管常由钢锭经锻造、轧制等工艺加工而成。常见缺陷与锻件相同，一般为,白点、重皮和裂纹,等。,核用材料冶炼和加工过程中的缺陷,（续）,1.5,焊缝中常见的缺陷及形成原因,焊缝中常见缺陷有,气孔、夹渣 、未焊透、未溶合和裂纹等,几种。,气孔,是焊接熔池在高温时吸收的过量的气体或冶金反应产生的气体在冷却凝固之前来不及逸出而残留在焊缝中所形成的空穴。,夹渣,是焊后残留在焊缝金属内的溶渣或非金属夹杂物。,未焊透,是焊缝接头根部母材未完全溶透的现象。,未溶合,主要是填充金属与母材或填充金属间没有溶合在一起。,裂纹,是在焊接过程中或焊后，在焊缝或母材的热影响区产生的局部破裂。,热裂纹,是在施焊时产生的。,冷裂纹,是焊件后冷却到一定的温度时产生的。,再热裂纹,是焊件焊后再加热时产生的。,核用材料冶炼和加工过程中的缺陷,（续）,1.6,焊缝外部的常见缺陷,咬边、焊瘤、弧坑、表面气孔、裂纹,等,咬边的形成及危害,：,咬边是在工件表面上沿焊缝边缘所形成的凹陷。,咬边主要是焊接规范不当(如电流过大，电弧过长)或操作不正确(如焊条角度不对)所造成的。立、横、仰焊时，容易产生咬边。,咬边严重时，会产生应力集中，容易引起裂缝，并减少焊缝的面积，使工件强度降低。,重要的构件，一般不允许存在咬边。,分目录,金属材料在运行时的缺陷产生,腐蚀和应力腐蚀,冲蚀、气蚀和流动加速腐蚀,疲劳,过载,脆性断裂,腐蚀和应力腐蚀,2.3,材料的晶间腐蚀,晶间腐蚀，奥氏体不锈钢的晶间腐蚀及防止晶间腐蚀的方法,晶间腐蚀,的,定义,：,在,腐蚀介质作用,下，晶间,迅速溶解,，并,不断深入,，,完全破坏,了晶粒,之间,的,联系,，,最后导致性能显著下降,，结构早期,破坏,的,现象称为,晶间,腐蚀,。,奥氏体不锈钢,焊接时，工件被加热，碳和铬都会从奥氏体晶粒内部向晶界扩散，并在晶界上生成碳化铬（一般为,Cr,4,C），,致使晶界产生,“,贫铬,”,现象。当晶界上铬的含量下降到13%以下时，就失去了防腐作用，在腐蚀介质作用下，晶界会被迅速腐蚀，即产生,“,晶间腐蚀,”,。,腐蚀和应力腐蚀（续）,防止晶间腐蚀方法,：,(1),调整焊缝的化学万分,：加入稳定化元素（如加入合金元素钛,Ti,或铌,Nb,），减少形成碳化铬的可能性。,(2),减少焊缝中的含碳量,：可以减少和避免形成铬的碳化物，从而降低形成晶间腐蚀的倾向。,（,超低碳（,0.04%,C),不锈钢,晶间腐蚀的倾向,非常小）。,(3),工艺措施,：控制在危险温度区,（,450850,C,敏化区）,的,停留时间,，,防止过热,，快焊快冷，使碳,来不及析出,。,悄悄进行的破坏,金属腐蚀,金属材料由,于受到周围,介质的作用,而发生状态,的变化，转,变成新相，,从而遭到破,坏。,局部腐蚀破坏名称：,坑状溃疡腐蚀,小孔腐蚀,缝隙腐蚀,晶间腐蚀,层状腐蚀,应力腐蚀开裂,腐蚀疲劳开裂,冲刷腐蚀,空泡腐蚀,腐蚀防护的四大途径：,改变材料本身,表面保护,改变腐蚀介质,电化学保护,鉬（,Mo) 4%6%,钛(,Ti),化学转化膜,有机涂层,电镀,化学镀,氮气,无氧水,联氨,缓,蚀,剂,应力腐蚀开裂,(,SCC),金属材料在拉应力和对它敏感的腐蚀介质共同作用下所引起的脆性断裂,。,应力,环境,（温度，水化学）,材料,腐蚀孔,孔的底部,形成裂纹,腐蚀破坏集中,于裂纹尖端,快速向前,发展,核电厂应力腐蚀开裂(,SCC),事件的一个案例,NPP,应力腐蚀开裂(,SCC) Example.,ppt,分目录,金属材料在运行时产生的缺陷,腐蚀和应力腐蚀,冲蚀、气蚀和流动加速腐蚀,疲劳,过载,脆性断裂,冲蚀、气蚀和流动加速腐蚀,冲蚀：由于固体、液体或者气体向固体表面不断进行动态撞击导致表面被磨去的现象。,气蚀：由于流动液体中的气泡撞击破裂形成的振动波而引起固体表面局部被磨去的现象。,流动加速腐蚀（,FAC）,：,腐蚀性的介质流体，在局部形成湍流，大大加快了氧化膜的溶解和化学、电化学反应的速度，使局部腐蚀迅速加快的现象。,2004年日本美浜核电厂3机组事件,美滨核电厂常规岛爆管事故.,ppt,分目录,金属材料在运行时的缺陷产生,腐蚀和应力腐蚀,冲蚀、气蚀和流动加速腐蚀,疲劳,过载,脆性断裂,疲劳,构件在,交变载荷,的长时间作用下发生失效的现象,低周疲劳,低应力破坏,腐蚀疲劳,分目录,金属材料在运行时的缺陷产生,腐蚀和应力腐蚀,冲蚀、气蚀和流动加速腐蚀,疲劳,过载,脆性断裂,分目录,金属材料在运行时的缺陷产生,腐蚀和应力腐蚀,冲蚀、气蚀和流动加速腐蚀,疲劳,过载,脆性断裂,Questions?,