20G高压锅炉管难熔金属加工脆性20G高压锅炉管难熔金属加工脆性
20G高压锅炉管高熔点金属塑性变形时出现的脆性。20G高压锅炉管高熔点金属钨、钼、钽、铌、锆、铪等是原子能、宇航、电光源、电真空、军事等工业应用的高温材料，一般表现为强度高，塑性变形困难，其中特别是钨钼存在着再结晶室温脆性，锆存在着明显的氢脆.
钨、钼、钽、铌的加工脆性该4种金属均为体心立方结构。奥地利的克拉奇利(D．E．Crutchleyr)和里德(c．N．Reid)1969年提出，体心立方晶型金属脆性是一种内在的特性，与原子键的性质有关，可用弹性模量来表征。以体积弹性模量K对剪切弹性模量卢的低比率，看作是内在脆性的表征。难熔金属中第Ⅵ族的钨、铬、钼的K／μ比值在1．22～2．02之间，而V族的钒、铌、钽的K／μ值在3．12～4．03之间。因而Ⅵ族金属具有较大的脆性，特别是钨具有高的塑脆转变温度和明显的低温再结晶脆性，可以认为这是由本征和外赋的因素所决定的.
塑一脆转变温度20G高压锅炉管金属材料的脆性和韧性行为是随着温度而变化的，在某一温度(或一定的温度范围内)以上加工，有好的塑性，在此温区以下加工，则会出现明显的脆性断裂。该温度称为塑一脆转变温度(DBTT)(见塑一脆性转变)。不同20G高压锅炉管金属的DBTT是不同的，工业生产制备的钨最低在400～600℃左右，钼最低在室温附近，钽、铌则在室温以下。同种难熔金属材料，其成分、结构、应力状态不同时，DBTT也不同。对材料及构件进行室温加工成形的过程中，为了节能、降低工模具消耗和提高产品精度，应尽可能降低塑一脆转变温度。DBTT是金属材料脆性的一个重要表征，影响DBTT的因素也就是影响材料脆性断裂的因素.
影响20G高压锅炉管难熔金属DBTT的因素主要有以下3个方面：
(1)纯度愈高，DBTT愈低。20G高压锅炉管难熔金属的脆性对间隙杂质(0、N、C、S、P等)十分敏感，如超过工业生产规定的指标将使DBTT明显升高.
工业纯的V族与Ⅵ族金属DBTT的差异同室温下问隙杂质的固溶度有关。在中等冷却速度下冷至室温时，保存在V及Ⅵ族金属固溶体中的间隙杂质成分如表所示。由表可见，钨、钼在室温下对间隙杂质的固溶度极低，而钽、铌v族金属则高出几个数量级。工业生产的钨钼粉末冶金坯，间隙杂质含量一般控制在0．003％～O．006％(即30×10-6～60×10-6)范围，已远远超出其室温的固溶度，所以在室温下工业纯W、Mo仍是被杂质过饱和了的多相合金，室温加工脆性严重。随着温度增高，间隙杂质溶解度增大，塑性提高，所以钨钼的塑脆转变温度高于室温。
真空条件下制备的钽、铌坯，间隙杂质含量仍在其室温固溶度以内，呈单相，塑脆转变温度低于室温，有很好的室温塑性。在高温下(空气中)极易吸收气体杂质而变脆，粉冶坯均在室温下加工成材.
掺杂微量Si、Al、K的电光源钨丝，最终成分相当于纯钨，但由于存在钾泡(见掺杂钨丝的钾泡强化)，其DBTT高于纯钨丝约200℃左右。适量铼的加入将降低DBTT.
(2)Ⅵ族难熔20G高压锅炉管金属的DBTT与材料的显微结构有密切关系。首先DBTT与该种20G高压锅炉管金属材料的晶粒度的对数呈直线关系，DBTT随晶粒度的细化而降低。等轴粗晶坯加工必须在高温下进行，否则会脆裂。此外，该族金属在一定温度范围内，随着变形程度的增加，显微结构发生变化，DBTT是逐渐降低的，因而存在着形变韧化效应，即不改变材料成分，仅通过塑性加工变形程度增加，配合消除应力退火，使材料形成沿主变形方向分布的纤维流线的加工组织，纤维愈细，DBTT愈低。如钨坯在1300℃左右加工到细丝后，DBTT降至最低约400℃。经80％变形程度加工的钼材，DBTT由1000℃左右降至室温附近，辅以退火消除应力，可实现室温冷变形。所以Ⅵ族难熔20G高压锅炉管金属的脆性对结构十分敏感。高纯钽、铌金属的DBTT对组织结构不甚敏感，但从钽丝弯曲实验表明仍以纤维状韧性最好.
(3)应力状态对DBTT有重要影响。变形不均匀、表面有缺口的难熔金属，由于在拉应力，特别是三向拉应力载荷的作用下，材料很容易沿裂口扩展产生脆性断裂。钨是对缺口十分敏感的材料.
不同的实验方法，由于应力状态及变形速率不同，所测试的DBTT是不同的。冲压实验或弯曲实验测出的DBTT与实际工程情况较符合.
钨钼的再结晶室温脆性钨钼加工材经高温再结晶后，在室温附近继续加工或在使用过程中，往往产生各种形式的脆性断裂。但是钨与钼所表现的再结晶室温脆性的程度不同。钨加工材处于再结晶初期形成等轴晶时，在室温均会引起严重的脆性断裂。而钼加工材，当高温回复退火形成约10％～20％再结晶等轴晶粒时，室温韧性最高，随着再结晶完成，等轴晶粒长大，产生室温脆化。这是由于再结晶晶粒的形成和长大使间隙杂质在晶界富集的结果。因而钨、钼材在加工和使用过程中应防止再结晶晶粒的形成与长大。1990年中国周美玲等研究表明，在钼中加入微量的稀土La2O3。可以明显改善钼的再结晶室温脆性，加入3％La2O3。的细钼丝与纯钼丝经1900℃退火后，前者拉伸时的延伸率高达20％，后者完全脆断。1992年中国张久兴、周美玲对加入0．2％～2％La2O3。的钼板与纯钼板所作的高温再结晶退火后冲击实验，又一次证明了掺La2O3钼板的韧化效应，它的冲击韧性为纯钼板的4．5倍。他们同时用弯曲法测定了它们的DBTT，2％La2O3。钼板的DBTT已降至一83℃，而纯钼板在室温已表现完全脆性断裂(再结晶脆断).
锆20G高压锅炉管的氢脆锆具有优异的核性能，大量用作核反应堆中的包套材料。氢易溶入锆中，锆管材在制作过程及应用环境中往往不可避免吸入氢。氢占据锆中四面体间隙，当氢含量超过0．001％时，以氢化物析出，氢化物小片的存在及分布将导致锆合金管材出现严重破损。改善氢化物的分布可防止氢脆现象。使用中，当拉应力垂直于氢化物薄片面时，锆材的塑性降低；拉应力平行于薄片面时，对材料的塑性影响不大。因此，当包套管中氢化物呈圆周方向(或称切向分布)时，对材料是有利的；当氢化物呈径向分布时，容易产生脆裂。用f48表示氢化物与圆管切线方向的夹角在48。～90。范围内的片数所占百分数。f48愈大则径向分布多，脆性愈严重。氢化物分布与管材加工及热处理工艺有关，f48是20G高压锅炉管质量检测的重要指标之一，f48≤0．3为合格标准.
上一篇：2014年国内20G高压锅炉管厂供给量并不会有明显上升
下一篇：20G高压锅炉管厂4月有望扭转今年的困局