压水堆（pressure water reactor，PWR）核电站主蒸汽隔离阀作为控制堆内的运动部件，一方面控制蒸汽的流通，调节整个电站的电功率输出，同时属于安全壳的一部分，起到防止放射性释放的屏障作用，因此主蒸汽隔离阀性能的优劣关系到整个核电站的平稳运行。以17-4PH不锈钢为代表的马氏体沉淀硬化不锈钢因具有高强度和对一回路高温水的良好耐腐蚀性，已被广泛用作核电站PWR的阀杆阀门等部件的结构材料。20世纪80年代开始，美国和法国早期压水堆中已出现17-4PH阀杆材料长期服役的脆化断裂，并开始了其脆化行为的相关研究[1,2]。

4.4 营造良好的医疗护理安全文化氛围 为了创造宽松、温馨的医疗环境，有效缓解临床护士心理压力，可利用院内网络资源建立护理不良事件园地、护理部主任信箱等信息沟通平台，让临床护士的真实想法得到畅所欲言，为护士提供一个共享、平等、快捷且自由的网络信息资源，鼓励护士自愿上报，加强整个系统的保密性，营造一种“安全文化”的氛围，把不良事件上报的管理制度提升到文化管理的层次，放弃目前拒绝承认错误，惩罚失败的文化，使医院每位护理人员在正确的安全观念支配下规范自己的行为［10］。

由于17-4PH不锈钢含碳量较低，基体组织以板条马氏体形式为主，具有体心立方的结构，主要的沉淀强化相为ε-Cu弥散分布于基体中，为面心立方相[2-4]。目前的研究结果显示17-4PH不锈钢在中温（280～350℃）长期时效后会出现热老化现象，这种热老化效应随运行温度和时间的变化而变化，其表现主要是硬度的增加，韧性的降低以及韧脆转变温度的提高。大量研究表明[4-9]，由于基体发生Spinodal分解（调幅分解），会产生贫Cr的α相和富Cr的α’相，进而引起的晶格畸变。另外，富Ni和Si的G相会在热老化程度较深的后期出现，且主要分散于晶粒内部α相和α’相之间，对脆化行为的影响相对较小。

目前，国内并未开展过对核电系统下长时间服役17-4PH阀杆材料的热老化行为研究，国外在研究中也多采用加速老化的方式，时效时间短，难以真实模拟VVP阀杆实际工况的老化机制，且少有实际工况的力学性能数据来反应材料脆化行为规律。本文将针对国内压水堆主蒸汽系统中长期服役的阀杆材料17-4PH不锈钢进行脆化行为规律的研究，获得真实服役后的材料的脆化行为，结合断口分析和力学性能数据，拟合出材料的性能和寿命的变化趋势。

1 实验方法

实验原材料17-4PH不锈钢取自国内现役核电站主蒸汽系统，编号VVP-1至VVP-3分别对应着实际服役年限为11年，14年和19年，尺寸形状相同均为Ф100 mm×1 300 mm，如图1（a），其化学成分如表1所示。阀杆分为非工作端和工作端，非工作端（用A代表，简称冷端）环境温度接近室温；工作端（用B代表，简称热端）的服役温度在275～290℃范围内。从17-4PH阀杆材料两端分别截取10 mm×10 mm×55 mm的若干标准冲击样品，具体取样位置如图1（b）和图1（c）所示。按照 GB/T 229—2007在ZWICK RPK450试验机上进行不同温度下的冲击韧性测试。对于不同阀杆每个测试温度点至少测试3个样品，冲击吸收能取平均值，通过标准双曲正切函数进行拟合，得到冲击吸收能-温度变化曲线。

  

图1 VVP阀杆及取样示意图Fig.1 The diagram of VVP stem and sampling

 

表1 VVP阀杆材料化学成分（质量分数）Table 1 Chemical composition of VVPstem material

 

 

续表

  

注：*Cu括号里的外伸推测值，仅供参考。

［6］ Shiao J J,Tsai C H,Kai J J,et al.Aging embrittlement and lattice image analysis in a Fe-Cr-Ni duplex stainless steel aged at 400 ℃［J］.Journal of Nuclear materials，1994，217（3）：269-278.

2 实验结果

2.1 显微组织

图2给出了17-4PH阀杆冷端与热端的金相照片。可以看出，17-4PH阀杆材料冷热端显微组织主体均为板条马氏体，热端马氏体晶粒尺寸明显增大，服役时间越长，长大现象越明显，存在个别尺寸较大的长条状δ铁素体，最大宽度约为35 μm，如图 2（b）所示。

  

图2 VVP阀杆材料金相照片（a）VVP-1 冷端；（b）VVP-1热端；（c）VVP-2冷端；（d）VVP-2 热端；（e）VVP-3 冷端；（f）VVP-3热端Fig.2 Metallographic photos of VVP stem material（a）VVP-1 cold leg；（b）VVP-1 hot leg；（c）VVP-2 cold leg；（d）VVP-2 hot leg；（e）VVP-3 cold leg；（f）VVP-3 hot leg

2.2 冲击韧性

分别服役11年、14年和19年的VVP阀杆热端0℃下的冲击吸收能平均值分别为10.17 J、12.41 J和3.6 J，相比冷端冲击吸收能分别下降118 J、132 J和156 J。已存在服役期间随时发生脆性断裂的风险。为进一步研究VVP阀杆热老化行为，分别对VVP系列阀杆做了冲击吸收能-温度系列变化曲线，如图3所示，结果显示服役年限最高的VVP-3阀杆脆化最为严重，热端与冷端相比ΔDBTT上升了158℃，上平台能量下降86 J，长时间热老化大大降低了材料的韧性。对比各自材料表1的成分发现，VVP-1中C、Si、Mn和Ni的元素均低于VVP-2和VVP-3，分析其ΔDBTT下降较VVP-2较多的原因是成分不同所致。表2为具体的冲击性能相关数据（USE——上平台能量，T41J——韧脆转变温度，T0.89——侧膨胀量，T50——韧脆转变百分比）。

本文指标原始数据来源于2002—2016年《新疆统计年鉴》《中国统计年鉴》。个别指标是通过间接计算得出，年份缺失的指标则采用插值法补齐。利用TOPSIS模型分别计算得到2001—2015年新疆产城融合发展水平指数值（见表2）。

  

图3 VVP阀杆材料冲击吸收能-温度变化曲线Fig.3 Impact-temperature change curve of VVP stem（a）VVP-1；（b）VVP-2；（c）VVP-3

 

表2 VVP阀杆冲击数据Table 2 Charpy impact data of VVPstem

  

注：VVP-3B没有T0.89是因为上平台侧膨胀值低于0.89 mm。

2.3 冲击断口形貌观察

图4为VVP阀杆在0℃冲击后靠近缺口位置的断口形貌。可以看出，VVP系列阀杆热端均呈现出明显的脆性断裂的断口特征，而冷端则均为典型的韧窝断裂。VVP-1冷端的断口形貌可观察到较多数量的韧窝，为典型的韧性断裂；而VVP-1热端的断口形貌存在河流花样特征局部存在少量韧窝，为准解理脆性断裂，如图4（a）和图 4（b）。从图 4（c）至图 4（f）可以看出，VVP-2和VVP-3的冷端也存在大量韧窝，但小尺寸韧窝居多，热端几乎看不到韧窝的存在，有大量的解理面且存在较多二次微裂纹，说明热端基体出现了明显的脆化，微裂纹形核难易程度已发生了明显差别。由此可见，三根阀杆随服役时间不同，发生了不同程度的热老化脆化，由韧窝断裂逐渐过渡到脆性的准解理断裂，冲击断口的形貌特征与冲击试验数据相对应。

  

图4 VVP阀杆在0℃冲击后的扫描电镜断口形貌（a）VVP-1 冷端；（b）VVP-1热端；（c）VVP-2冷端；（d）VVP-2 热端；（e）VVP-3 冷端；（f）VVP-3热端Fig.4 SEM fracture morphology after impact test at 0℃（a）VVP-1 cold leg；（b）VVP-1 hot leg；（c）VVP-2 cold leg；（d）VVP-2 hot leg；（e）VVP-3 cold leg；（f）VVP-3 hot leg

3 分析讨论

3.1 晶粒尺寸的变化

从图7为VVP-1冷端（A）和热端（B）0℃冲击试验的示波曲线。A样品在断裂过程中，有裂纹的稳态扩展阶段，且失稳扩展阶段载荷缓慢下降，这与冷端的韧性断面表现的一致。而B样品断裂过程中，没有出现裂纹的稳态扩展阶段，在弹性变形阶段未达到最高断裂强度就发生了脆性的失稳扩展，表明整个样品已出现明显脆化，一旦出现微裂纹便速发生扩展，导致材料的脆性断裂。平台能量和起裂功的差异也可以看出材料热老化前后发生的变化。

进博会期间，普洛斯达成多项签约：2018年11月6日，普洛斯和上海寅博木业达成了在美国伊利诺伊5000平方英尺仓储设施租赁的合作意向；同一天，普洛斯金融还与浙江德瑞供应链管理有限公司签署了合作备忘录；11月8日，普洛斯还与新疆国际陆港（集团）有限责任公司达成合作意向，助力丝绸之路经济带核心区建设；11月9日，普洛斯旗下的科技创新平台际链科技与浙江立镖机器人及诺基亚贝尔举行三方战略合作签约仪式。

  

图5 原奥氏体平均晶粒尺寸与服役时间的关系Fig.5 The relationship between average grain size and service time

  

图6 马氏体板条的平均尺寸Fig.6 Average size of martensite block

统计所得的晶粒尺寸不符合Hall-Pecth公式中硬度与平均晶粒尺寸成正比的关系，原因是17-4PH为沉淀硬化不锈钢，硬度除了受阻碍滑移的晶界数量影响外，主要与马氏体板条内沉淀硬化相有关。马氏体组织中析出大量富铜相（ε-Cu）和少量碳化物第二相质点，弥散分布于板条马氏体中，使材料强度增加，与此同时第二相质点又与马氏体中的高密度位错发生交互作用，阻碍位错的运动，使板条内位错密度极高，导致韧塑性降低[13]。

 

表3 单位视场（130 μm2）内马氏体晶粒的数目及晶粒尺寸Table 3 The number and grain size of martensite in the field of view(1302μm2)

 

3.2 示波曲线分析

为进一步研究马氏体板条和原奥氏体晶粒尺寸长大对脆化行为的影响。通过侵蚀液（5 gCuCl2+40 ml浓盐酸+30 ml酒精+20 mlH2O）对金相基体进行腐蚀，对每个VVP阀杆冷热端分别取3个金相试样，每个金相取3张照片进行晶粒数统计，表3给出了单位视场内原奥氏体晶粒的数目和平均尺寸，图5反映的是平均晶粒尺寸随服役年限的变化，图6给出了EBSD对马氏体板条平均尺寸的统计，结果表明，服役11年、14年和19年的17-4PH阀杆原奥氏体平均晶粒尺寸长大了7 μm、11 μm 和 16 μm，服役 11 和19 年的阀杆马氏体平均板条尺寸长大了5 μm和9 μm。由于晶粒尺寸与晶界总面积成反比，晶粒尺寸的增大会导致晶界上杂质和P、S等元素的偏聚使浓度升高，加速材料晶界的脆化，从而降低材料的韧塑性。晶粒长大是热激活、扩散和界面反应控制的过程，主要表现为相界面的迁移，服役时间的增长会使较大的马氏体板条逐步吞并较小的，实际上就是原子不断跨越界面迁移扩散的过程，晶粒的长大同时会引起弹性应变，产生畸变能[10-12]。

  

图7 VVP-3阀杆的示波冲击载荷-吸收功曲线（A-冷端，B-热端）Fig.7 The instrumented Charpy impact load-absorbed energy curves of VVP-3 stem

3.3 冲击韧性变化趋势

为获取服役时间与冲击性能的关系，对17-4PH阀杆材料0℃下的冲击吸收能用指数衰减函数进行拟合，如图8所示。其中黑心点为本实验数据点，将三根阀杆冷端冲击吸收能的平均值作为起始点。白色点为17-4PH材料在国外某压水堆核电站中不同温度下服役的数据[1,2]。可以看出，随着时效时间的延长，冲击吸收能均呈现先快速下降后趋于平缓的趋势，并且时效温度越高，前期冲击性能下降得越快。以冲击吸收功下降80%为界，将曲线分为快速下降和缓慢下降两个阶段：前期快速下降阶段主要是由于调幅分解生成的富Cr-α’相所致，后缓慢下降阶段是由于调幅分解经较长时间已经接近平衡，时效后期生成的G相对材料的脆化贡献不大[4,6]，再加上后期会有更多的逆转变奥氏体生成[14]，提升材料的韧性，导致冲击性能下降变缓。实验和文献中未时效样品冲击吸收能的高低不同是由于热处理工艺和细微的成分差异导致。

4 结论

（1）核电站主蒸汽系统隔离阀阀杆材料在0℃环境下，经过11年、14年和19年的服役后，热端0℃冲击吸收能分别为10.2 J、12.7 J和3.6 J，较冷端分别下降了118 J、132 J和156 J，韧脆转变温度分别上升93℃、75℃和158℃，均已发生了不同程度的热老化脆化。

校企双方在合作过程中要本着“合作共赢”的原则，校企双方优势互补，学校选派优秀教师到企业定期顶岗工作，提高教师的实践工程能力。学校根据企业需求，安排企业技术人员到高校进行理论学习，提高员工的专业理论水平，增强技术人员的综合能力。学校在选择企业时候要考虑企业的需求，秉承优势互补、互惠共赢的原则。由于教育的公益性和企业追求市场利益之间的矛盾，一个健全的长效合作机制对校企双方都有很大的促进作用。“卓越计划”要求企业由人才使用单位转变成人才联合培养单位，这种长效性、深层次的合作过程中，高校要主动帮助企业在技术能力方面的提升，促进企业积极性和主动性的提高，有利于促进双方的深度合作。

  

图8 服役年限和0℃冲击吸收能的关系Fig.8 The relationship between the service life and the impact energy at 0℃

（2）17-4PH马氏体基体中存在较大尺寸的长条状铁素体，最大宽度约35 μm。随着服役时间的增加，服役11年、14年和19年的17-4PH阀杆原奥氏体平均晶粒尺寸增长7 μm、11 μm和16 μm，影响材料的韧性。

设置矩形开口环超材料的尺寸参数与上文一致，在保持其他参数不变的情况下只需改变开口间距d，d分别为 20 μm、60 μm、130 μm。通过仿真和计算得到不同开口间距d下的透射曲线和高频谐振的Q值，如图6所示。

［1］ The 13 th DNMC-CNPRI-Ceidre ISI.seminar［C］.France：［unknown author］，2010.

［3］ 王均.核反应堆用17-4PH不锈钢的性能研究［D］.成都：四川大学，2007.

（3）阀杆材料0℃冲击吸收能随服役时间的变化趋势显示，以冲击吸收能下降80%为界限，可以分为快速下降和缓慢下降两阶段，且时效温度越高，第一阶段冲击性能下降得越快。

［2］ David A.Main steam isolation valves stems failare analysis：report No 13-MT-003［R］.2013.

参考文献：

［4］ 鲍国华.17-4PH沉淀硬化不锈钢加工及其应用［J］.金属加工：热加工，2011（15）：44-46.

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显微组织观察试样从冲击后的样品上线切割获得。从不同阀杆冷热端上分别切取3个金相试样，经研磨抛光和硫酸铜浓盐酸溶液侵蚀后，在OLMPUS 3D MEASURING LASER MICROSCOPE 4100光学显微镜（OM）下对金相组织进行观察。使用ZEISS SUPRA-55扫描电子显微镜（SEM）观察不锈钢微观组织和断口形貌。

［7］ Danoix F,Auger P.Atom probe studies of the Fe-Cr system and stainless steels aged at intermediate temperature:a review［J］.Materials Characterization，2000，44（1）：177-201.

［8］ Murayama M,Katayama Y,Hono K.Phase separation and precipitation in a PH 17-4 stainless steel by prolonged aging at 400 ℃［J］.Microscopy and microanalysis，1998，4：96-97.

用构造法解题,关键是构造,它无一定之规,表现出思维的试探性、不规则性和创造性[2]．本题还可通过构造函数y=lnx与y=ax-1或构造函数与y=a来解决．

［9］ Zou H,Wang J,Li C,et al.Study on Microstructure Transformation of 17-4 PH Stainless Steel after Long-Term Aging at 350 ℃［J］.Nuclear Power Engineering，2005，26（4）：397.

［10］Kawaguchi S,Sakamoto N,Takano G,et al.Microstructural changes and fracture behavior of CF8M duplex stainless steels after long-term aging［J］.Nuclear Engineering and Design，1997，174（3）：273-285.

本文运用“话题链接工具”，即通过回答上述研究问题来探讨“首相”在英国议会制辩中主要涵盖哪些话题并通过什么样的方式表现这些话题。

［11］何毅，杨柯，毛萍利，等.高强度无钴马氏体时效钢的晶粒长大及其力学性能研究［J］.航空材料学报，2002，22（4）：1-5.

［12］徐祖耀.马氏体相变［J］.热处理，1999，54（2）：1-13.

［13］班允吉.17-4PH钢轧制棒材低温冷冲击性能的研究［J］.热加工工艺，2009，38（12）：40-42.

［14］王培，陆善平，李殿中，等.低加速热率下ZG06Cr13Ni4Mo低碳马氏体不锈钢回火过程中的相变研究［J］.金属学报，2008，44（6）：681-685.

现代物流不仅指原材料、产品等从生产到消费的全程实物流动，还包括伴随物流活动过程中的物流信息交流，而且，现代物流在使用信息技术以及网络技术，将以往分离的物流、商流、信息流和运输、采购、代理、仓储、配送等环节紧密联系起来，成为了一条完整的供应链。因此可以讲，现代物流又是信息流、货物流、资金流和人才流的统一。

［15］ThomsponAW,Knott J F.Metall Trans，1993；24A：523.