一种脉冲电流消除A508-3钢老化脆化的方法与流程

本发明属于金属材料处理领域，具体为一种脉冲电流消除A508-3钢老化脆化的方法，进一步涉及一种脉冲电流消除老化脆化A508-3钢中缺陷进而提升韧性的方法。
背景技术：
：核能被称作是绿色能源，在全球环境状况恶劣且能源供应紧张的今天，世界各国都把核能作为发展方向。目前，我国核电站在建数量和计划装机总容量均居世界第一。已建成和计划建设的核电站中大部分为压水堆核电站。第三代压水堆核电站的核心结构部件—反应堆压力容器采用A508-3钢作为制造材料。A508-3钢相比于第二代反应堆压力容器材料拥有更好的韧性和耐腐蚀性。在反应堆压力容器服役过程中，A508-3钢会受到高能中子束辐照而引起辐照脆化损伤，高能中子撞击材料会产生Frankel缺陷，引起析出相的析出，促进位错增殖并阻碍位错移动，进而产生位错环缺陷。宏观力学性能表现为材料的硬度和强度增加，韧性严重下降，韧脆转变温度上升，材料易发生低应力断裂。同时，压力容器的服役温度为280℃~330℃，服役过程中A508-3钢也会产生热老化损伤，加速材料失效。A508-3钢的辐照脆化损伤一方面严重威胁核电站的安全运行，另一方面大大降低核电站的服役寿命。目前，对受到辐照脆化损伤的A508-3钢的修复方式是对其进行退火处理，文献《Theeffectsofirradiation,annealingandreirradiationonRPVsteels》公开了对已受到辐照脆化损伤的A508-3钢在460℃下进行长达168h的退火处理这种方法。长时间的退火处理可以降低或消除A508-3钢的内应力，进而降低或消除位错缺陷，修复压力容器的辐照脆化损伤。这种传统的退火处理方式仅适用于尺寸较小的受损伤材料，服役的压力容器用钢体积巨大且终生不可拆卸，退火处理的方式无法对其进行损伤修复，除此之外，退火处理的耗时相对于核电站停工检修的时间来说相对较长。因此，退火处理修复核电压力容器用钢A508-3钢辐照脆化损伤这一方法不具备现场实施的可行性。脉冲电流是一种瞬时高能特殊处理手段，可以改善金属材料性能。专利（CN102260785A）公开了一种应用脉冲电流消除残余应力的装置，该发明设计了包含提供电源的电源输入模块，储存电能的电容器储能组，对电容器储能组进行充电的充电模块，和将电容器储能组储存的电能释放至负载的放电模块等装置，可以应用高能脉冲电流对工件进行处理，消除工件内部残余应力。但该发明并未提及脉冲电流对与位错的作用，且该装置能量消耗大，占地面积广，不适合实际应用。专利（CN108315549A）公开了一种脉冲电流作用下老化双相不锈钢性能再生的方法，该方法应用脉冲电流对老化双相不锈钢中析出的脆生相进行溶解，进而恢复其性能。而本专利是利用脉冲电流对老化脆化的A508-3钢中的位错缺陷进行消除。两者的研究对象和研究内容有很大不同。本专利利用脉冲电流产生的电子风力加速位错滑移，促进位错在滑移过程中发生湮灭，减少A508-3钢中位错缺陷的数量，修复压力容器辐照脆化损伤，提高A508-3钢韧性，这与传统退火热处理消除位错缺陷的原理完全不同。更重要的是，脉冲电流可以“原位”对脆化硬化材料进行处理，具备传统退火处理所不具有的优势，同时本专利所应用脉冲电流所导致的温升仅为80~350℃，即能够在低于传统热处理温度下消除位错缺陷，消耗更少的能源，实现“绿色制造”。除上述两个优势外，本专利所应用脉冲电流的处理时间仅为5min~10h，远远低于文献中所述的热处理168h，可显著减少老化脆化A508-3钢性能修复所需时间，使得修复时间在反应堆停堆检修时间窗口允许范围内，避免了对核反应堆正产运行的影响。本发明通过精准控制脉冲电流参数和脉冲电流处理的时间，降低脆化硬化的A508-3钢中位错缺陷数量，使其韧性得到恢复，从而保证核电站的安全运行并延长压水堆核电站的服役寿命。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种非传统的处理手段即脉冲电流作用下硬化脆化的A508-3钢性能修复再生的方法。利用该方法能消除因高能中子辐照和热老化导致的A508-3钢的硬化脆化损伤，使以受损伤材料的性能得到很大程度的恢复，从而达到延长核电站压力容器服役寿命的目的。本发明的组成：对因位错缺陷致性能老化脆化的材料施加脉冲电流，脉冲电流参数控制如下：频率1~2000Hz，脉宽20μs~1ms，电流10~5000A，作用时间5min~10h。通过脉冲电流可以降低老化脆化材料基体中的位错缺陷，提高材料夏比冲击韧性，从而达到修复A508-3钢辐照脆化硬化损伤问题的目的。一种消除A508-3钢缺陷并提高材料夏比冲击韧性的方法，对老化脆化的A508-3钢进行脉冲电流处理，所述脉冲电流处理的参数范围：频率1~2000Hz，脉宽20μs~1ms，电流10~5000A，作用时间5min~10h。进一步地，所描述的脉冲电流消除A508-3钢硬化脆化的方法，所述的脉冲电流处理具体的步骤由以下构成：（1）确定老化脆化的A508-3钢的位错密度及样品尺寸，根据评估的A508-3钢的位错密度及样品尺寸确定脉冲电流参数及脉冲电流作用时间等参数。（2）将老化脆化的A508-3钢用夹具固定在脉冲电源上，按照计划参数和时间进行脉冲电流处理。根据A508-3钢样品的位错密度及尺寸来选择合适的脉冲电流参数以及脉冲电流处理持续时间：老化脆化的A508-3钢，位错密度为1.26×1014m-2、尺寸为0.5×5×25mm，脉冲电流参数选择为190Hz，180μs，195A，作用时间为1h；老化脆化的A508-3钢，位错密度为1.26×1014m-2、尺寸为1×10×25mm，脉冲电流参数选择为500Hz，20μs，175A，作用时间为30min；老化脆化的A508-3钢，位错密度为5.41×1013m-2、尺寸为1.5×10×30mm，脉冲电流参数选择为500Hz，84μs，800A，作用时间为5min。当所述方法应用到实际反应堆压力容器时，A508-3钢尺寸越大，频率越大，脉宽越大，电流越大，作用时间越长，作用时间为2h-10h。所述脉冲电流处理所采用的设备均为脉冲电源。所述老化脆化A508-3钢进行脉冲电流处理均在室温条件下进行。本发明的有益效果如下：1、本发明与现有的消除A508-3钢老化脆化的方法相比，本发明可以“原位”地对已发生老化脆化的A508-3钢进行处理，使已发生老化脆化的A508-3钢的性能得到恢复；2、本发明还能一定程度的降低消除A508-3钢老化脆化所需要的温度，节约能源，实现绿色制造。附图说明图1为实施例2选用的A508-3钢脉冲电流处理前位错缺陷数量形态图；图2为实施例2选用的A508-3钢脉冲电流处理后位错缺陷数量形态图；图3为实施例2选用的A508-3钢脉冲前后–100oC夏比冲击吸收功对比图。具体实施方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。下面为本发明的举出最佳实施例：实施例1：本实施例对位错密度为1.26×1014m-2、尺寸为0.5×5×25mm的老化脆化A508-3钢进行脉冲电流处理。具体的步骤如下：第一步：根据A508-3钢的位错密度及样品尺寸，确定脉冲电流的参数范围，经过优化参数，确定最佳脉冲电流参数为190Hz，180μs，195A，作用时间为1h。第二步：将老化脆化的A508-3钢用夹具固定在脉冲电源的输出两端，在室温条件下进行1h的脉冲电源处理。第三步：使用XRD对脉冲电流处理后的材料进行检测，得到各个衍射峰的半高宽，进而计算脉冲电流处理后样品的位错密度，与脉冲电流处理前样品的位错密度进行比较。如表1所示，采用本发明的脉冲电流处理方法后，老化脆化A508-3钢中的位错缺陷得到一定程度的消除。第四步：参照标准GB/T229-2007，制备55×10×5mm夏比冲击试验样品，在–100oC进行夏比冲击试验，记录–100oC时脉冲电流处理前后样品的夏比冲击吸收功。实施例2：如图1-图2所示，本实施例对位错密度为1.26×1014m-2，尺寸为1×10×25mm的老化脆化A508-3钢进行脉冲电流处理。具体的步骤如下：第一步：根据A508-3钢的样品尺寸，确定脉冲电流的参数范围，进过优化参数，确定最佳脉冲电流参数为500Hz，20μs，175A，作用时间为30min。第二步：将老化脆化的A508-3钢用夹具固定在脉冲电源的输出两端，在室温下进行30min的脉冲电流处理。第三步：使用XRD对脉冲电流处理后的材料进行检测，得到各个衍射峰的半高宽，进而计算脉冲电流处理后样品的位错密度，与脉冲电流处理前样品的位错密度进行比较。如表1所示，采用本发明的脉冲电流处理方法后，老化脆化A508-3钢中的位错缺陷得到一定程度的消除。第四步：参照标准GB/T229-2007，制备55×10×5mm夏比冲击试验样品，在–100oC进行夏比冲击试验，记录–100oC时脉冲电流处理前后样品的夏比冲击吸收功。实施例3：本实施例对位错密度为5.41×1013m-2，尺寸为1.5×10×30mm的老化脆化A508-3钢进行脉冲电流处理。具体的步骤如下：第一步：根据A508-3钢的样品尺寸，确定脉冲电流的参数范围，进行优化参数，确定最佳脉冲电流参数为500Hz，84μs，800A，作用时间为5min。第二步：将老化脆化的A508-3钢用夹具固定在脉冲电源的输出两端，在室温下进行5min的脉冲电流处理。第三步：使用XRD对脉冲电流处理后的材料进行检测，得到各个衍射峰的半高宽，进而计算脉冲电流处理后样品的位错密度，与脉冲电流处理前样品的位错密度进行比较。如表1所示，采用本发明的脉冲电流处理方法后，老化脆化A508-3钢中的位错缺陷得到一定程度的消除。第四步：参照标准GB/T229-2007，制备55×10×5mm夏比冲击试验样品，在–100oC进行夏比冲击试验，记录–100oC时脉冲电流处理前后样品的夏比冲击吸收功。表1实施例选用A508-3钢中位错密度的变化脉冲电流处理样品(m-2)实施例19.61×1013实施例26.26×1013实施例33.55×1013以上所述，仅为本发明部分A508-3钢试样的最佳具体实施方式，在本发明中，5min-2h时间范围是以实验室A508-3钢的样品尺寸范围为基础的，具体应用到实际生产中，对A508-3钢的脉冲电流处理时间随钢本身的大小而变化，最大施加电流时间上限为10h。本发明的保护范围并不局限于上述实施例，任何熟悉本
技术领域：
的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构想加以等同替换相近材料、设备或调整相关技术参数，都应涵盖在本发明的保护范围之内。当前第1页1 2 3