压水堆一回路主冷却剂管道一般运行温度范围为288-327℃,而其主要用钢——铸造双相不锈钢长期在反应堆冷却剂运行温度下会发生热老化脆化。随着热老化程度的加深,压力部件的临界裂纹尺寸会下降,将削弱一回路压力边界的完整性。因此有必要对铸造双相不锈钢热老化机理进行研究,为延长核电站运营寿命、提高电站经济效益提供技术支持。本文采用光学金相、透射电镜、扫描电镜、室温与350℃拉伸试验、室温冲击及韧脆转变温度的测定等方法,对400℃加速热老化试验后的国产及法国产Z3CN20.09M铸造双相不锈钢进行了显微组织、室温及350℃静力强塑性、室温动力强韧性以及韧脆转变温度的分析,以期探讨热老化时长对该钢组织结构和力学性能的影响。Z3CN20.09M铸造双相不锈钢组织为奥氏体基体上分布着不连续的岛状铁素体,其主要形态为条带状和花边状。热老化后基体中的位错、层错数量明显减少,在相界、晶界及位错上有析出物出现。对铸造双相不锈钢的静力强塑性分析表明,取样位置对国产铸造双相不锈钢室温及高温拉伸性能基本没有显著影响,而对法国产铸造双相不锈钢室温及高温拉伸强度的影响显著。热老化时间对国产钢管的室温强塑性及高温抗拉强度有显著性影响,长时间热老化对法国钢管室温拉伸强度及高温强塑性的影响显著。在相同的热老化时长下两种钢的室温拉伸性能均优于高温性能。两种钢室温及高温拉伸形变强化分为3个阶段,即屈服形变强化阶段,n₁、前均匀形变强化阶段n₂、后均匀形变强化阶段n₃,且n₁<n₂<n₃。随热老化时间的延长各个阶段的形变硬化指数n呈现增加的趋势。对两种铸造双相不锈钢动力强韧性分析表明,取样位置对冲击特性值没有显著的影响;热老化时间对国产及法国产钢W_m、W_iu和W_a以及冲击总功w_t有显著影响。随着热老化时间的延长,两种钢冲击能量W_m、W_iu、W_a、W_t-W_iu和W_t均呈现下降趋势。在相同热老化状态下,法国产钢的冲击性能略优于国产钢。国产钢原始态、热老化100h、300h、1000h与3000h后韧脆转变温度分别为-115±5℃、-80±5℃、-70±5℃、-25±5℃以及15±5℃;而法国产钢原始态、热老化100h、300h、1000h与3000h后韧脆转变温度分别为:-120±5℃、-70±5℃、-60±5℃、-40±5℃及10±5℃。随热老化时间延长两种钢的韧脆转变温度逐渐升高。两种铸造双相不锈钢的室温拉伸宏观断口边缘为不规则的“花瓣状”。原始态铸造双相不锈钢的室温拉伸断口微观形貌为等轴状韧窝,断裂机理为微孔聚集型断裂。随热老化时间的延长,韧窝由大变小,断裂为微孔聚集长大或塑性流动发生颈缩而断裂。随热老化时间的延长材料的350℃拉伸塑性下降,断裂方式仍为微孔聚集型断裂。铸造双相不锈钢的室温冲击宏观断口塑性变形区随热老化时间的延长逐渐减小。原始态与热老化300h后铸造双相不锈钢冲击断裂机理为微孔聚集型断裂;热老化1000h后断口部分区域可见撕裂棱线条和沿奥氏体-铁素体相界断裂特征;热老化3000h部分区域有河流花样的沿铁素体解理断裂特征。表明热老化时间越长,双相钢的韧性下降越多。