高温条件下焊接接头的蠕变损伤和失效是核电管道在服役中的主要破坏形式。第四代核能系统中,核电管道恶劣的服役环境对材料的蠕变性能提出了更高的要求。316H不锈钢因其优良的高温性能,有望作为第四代核电系统重要管道的主要结构材料。因此研究316H不锈钢焊接接头不同微区的高温蠕变变形与断裂行为,可为核电系统的建设提供数据支持和理论基础,具有重要意义。

本文以316H不锈钢母材、焊接接头、热影响区和熔敷金属为研究对象,对其在525℃不同应力水平下(190~430MPa)进行高温蠕变试验。考察了应力对于焊接接头不同微区蠕变变形的影响;分析了蠕变断裂时间与应力的关系,采用外推法和Larson-Miller参数法预测了不同微区的持久强度;结合扫描和透射电子显微镜探究了不同微区的微观组织演化规律以及断裂机制。结果表明,同等应力水平下,焊缝金属区域最先发生蠕变失效,是焊接接头中最为薄弱的区域。采用外推法和Larson-Miller参数法计算得到的不同微区的持久强度均高于ASME标准中的规定值。蠕变变形后,母材和热影响区中奥氏体晶界处的链条状Cr23C6具有较高的长大速率,促进沿晶裂纹的形核与扩展最终导致试样发生混合型断裂。焊缝金属区域和熔敷金属在蠕变后形成三种析出相:Laves相、Cr23C6和σ相。在Cr23C6和σ相附近形成的蠕变空洞是焊缝金属区域和熔敷金属的蠕变损伤形式,断口形貌表明其断裂机制为韧性断裂机制。