微合金化低碳马氏体钢的显微组织及力学性能

制备了钛、铌和钼等元素掺杂的微合金化低碳马氏体钢,并对其进行热轧+880℃淬火+不同温度(170,190,210,230,250℃)回火处理,研究了不同热处理态试验钢的显微组织、拉伸性能和冲击性能,以190℃回火态钢为例分析了强韧化机制。结果表明:热轧态试验钢由铁素体和贝氏体组成,淬火态试验钢由铁素体和马氏体组成,不同温度回火态试验钢均由回火马氏体和少量铁素体组成,回火态试验钢的铁素体面积分数在15%~20%,低于热轧态和淬火态;淬火态试验钢的抗拉强度和布氏硬度最高;随着回火温度升高,回火态试验钢的抗拉强度和布氏硬度下降,断后伸长率、屈服强度和冲击吸收功均先增大后减小;190℃回火态试验钢的断后伸长率和冲击吸收功最高,拉伸断口和冲击断口处纤维区中韧窝占比最高,抗拉强度、布氏硬度和屈服强度适中,综合力学性能最好;190℃回火态试验钢中析出的纳米级小尺寸(Ti,Nb,Mo,Cr)C相起到沉淀强化作用,纳米级大尺寸(Ti,Nb,Mo,Cr)C相起细晶强化作用,大角度晶界占比较高,提高了裂纹扩展功,因此试验钢强度和韧性提高。

高Si铁素体/马氏体钢的高温变形行为

铁素体/马氏体(Ferritic/Martensitic,F/M)钢因具有优异的抗辐照性能和高温力学性能而成为先进核反应堆的候选结构材料。提高Si含量能够改善F/M钢的耐蚀性,但高硅的引入会恶化其热加工性能,因此研究高Si F/M钢的高温变形行为非常重要。在变形温度为950~1200℃和变形速率为0.01~10 s^(-1)的条件下,采用Gleeble1500型热模拟试验机对硅含量1%的10Cr1Si F/M钢进行热压缩模拟试验,研究其高温变形行为。结果表明:在0.01~0.1 s^(-1)的低变形速率下,10Cr1Si钢均发生动态再结晶;而在1~10 s^(-1)的高变形速率下发生动态回复,在本试验设计参数范围内仅在10 s^(-1)/950℃变形条件下出现了反常的动态再结晶现象。微观组织分析表明当变形温度较低而变形速率较快时,快速增殖的位错促使奥氏体动态再结晶。计算得到了10Cr1Si钢的Arrhenius本构方程和应变补偿本构模型,试验钢的真应力计算值与试验值吻合良好,可为10Cr1Si钢的热加工提供指导。

车厢结构用冷轧马氏体钢电阻点焊工艺性能研究

为评估和对比1.2 mm厚的SCR1000和SCR1200冷轧马氏体钢的电阻点焊工艺性能,采用OBARA DB-220型点焊机进行电阻点焊试验,对比了两个钢种的焊接电流窗口、焊点破坏模式、力学性能、金相组织、疲劳性能。研究结果表明:随着钢材强度的提升,整体焊接电流窗口逐渐向左侧偏移,SCR1200达到最小焊核直径、焊接飞溅的焊接电流均小于SCR1000;SCR1200上限电流焊点剪切力比SCR1000提升了8.9%,而SCR1000的焊点韧性较好,其断口韧窝更细小和密集;相对熔核区和母材区,SCR1000、SCR1200的点焊接头的热影响区出现了明显的软化区,但SCR1200的软化区硬度略高。在相同载荷下,SCR1200的疲劳寿命高于SCR1000,点焊接头的疲劳强度随着钢板强度的增加而提高。

热处理工艺对高铬低活化铁素体-马氏体钢力学性能的影响

铁素体-马氏体钢抗辐照性能优越,是用于辐照剂量较高的新型核电反应堆型结构件的候选材料。苛刻的服役环境要求铁素体-马氏体钢具有良好的综合力学性能、合适的晶粒度以及较少的内部缺陷。研究了正火+回火的热处理工艺对新成分铁素体-马氏体钢力学性能和微观晶粒组织演化的影响。采用Thermo-Calc热力学软件计算了不同相态的体积比例并与试验结果进行对比,发现两相比例变化的计算结果与试验结果高度一致。正火处理后,材料的抗拉强度和屈服强度受两相比例的影响权重最大。结果表明,采用1 080℃正火+670℃回火热处理的高铬铁素体-马氏体钢的抗拉强度为903 MPa,屈服强度为732 MPa,材料的综合性能最佳。

焊接热输入对1000 MPa级马氏体钢焊接接头组织和性能的影响

采用熔化极气体保护焊的方法对1.8 mm厚1000 MPa级马氏体钢进行了焊接,系统地研究了焊接热输入对焊接接头硬度分布、组织演变及力学性能的影响规律。结果表明:与母材相比,焊缝及热影响区的硬度均发生了不同程度的软化现象,细晶区软化现象最为显著;随着焊接热输入增加,焊接接头的强度及塑性均降低,韧性提高,焊缝区、临界区及亚临界区的硬度略有降低,粗晶区和细晶区的硬度略有升高,焊缝及热影响区的冲击性能无明显变化,接头断裂位置由细晶区变为亚临界区。

聚变堆低活化马氏体钢的发展

介绍了国际聚变堆低活化结构材料发展概况及趋势,以及国内发展自己特有的低活化马氏体钢的必要性。介绍了聚变堆结构材料——低活化铁素体/马氏体钢发展的必要性及迫切性,以及目前国际上包括欧洲、日本、美国等在此方面研究的进展概况及发展趋势,最后提出了国内发展自己特有的低活化马氏体钢——CLAM钢的必要性,并对目前的研究进展情况做了介绍。

回火马氏体钢中氢的扩散行为及其氢脆敏感性

通过TDS方法研究了氢在18Cr2Ni4W和25CrNi2MoVNb两种低温回火马氏体钢中的扩散行为,同时结合慢应变速率拉伸实验研究了这两种马氏体钢的氢脆敏感性。结果表明,与18Cr2Ni4W钢相比,25CrNi2MoVNb钢因碳含量较高和晶粒显著细化作用使抗拉强度从1300 MPa级提高到了1500 MPa级后,其氢脆敏感性也明显增加。通过试样充氢后放置试验,测定氢在25CrNi2MoVNb钢和18Cr2Ni4WA钢中的扩散系数分别为7.87×10-7 cm2/s和3.99×10-7 cm2/s。可见,氢在25CrNi2MoVNb钢中更容易扩散,因而在充入相同可扩散氢时,25CrNi2MoVNb钢性能损失更大。

碳对马氏体钢显微组织和力学性能的影响

通过固定其它元素的含量,调整碳含量的方式,研究了碳含量对马氏体钢显微组织和力学性能的影响。结果表明,随碳含量增加,马氏体钢的硬度和抗拉强度提高,但冲击韧度下降。

板条马氏体钢的断裂韧性与缺口韧性、拉伸塑性的关系

研究了超高强度板条马氏体钢的平面应变断裂韧性与缺口韧性、拉伸塑性之间的关系。实验结果表明，断裂韧性受控于裂尖前沿很小范围内（1—2倍临界裂纹张开位移c）显微组织的微观塑性，钝缺口韧性、拉伸塑性则受控于奥氏体晶粒尺寸或板条束直径。特征距离与裂纹尖端钝化所产生的有效变形区尺寸（2c）相对应。并提出断裂韧性与缺口韧性、拉伸塑性的关系取决于尖裂纹前沿有效变形区尺寸（2c）与原奥氏体晶粒尺寸（dγ）的相对大小。当2c＞（1－2dγ）时。

铁素体-马氏体钢P92在超临界水中的腐蚀性能

研究了P92钢在550和600℃超临界水中的腐蚀特性,采用扫描电镜、X射线能谱仪和X射线衍射仪分析了氧化膜的表面形貌、组织结构和元素分布。结果表明:P92钢在超临界水中的氧化动力学大致服从立方生长规律,600℃下P92钢的腐蚀增重和氧化膜厚度均为550℃时的3倍。P92钢在超临界水中形成的氧化膜为双层结构,氧化膜外层富Fe,而内层富Cr。600℃时P92钢氧化膜发生了开裂和剥落,其原因主要在于降温过程中基体与氧化物间的热膨胀系数不相匹配而产生的较大热应力。

硅对低活化马氏体钢电子辐照行为的影响

利用超高压透射电子显微镜研究了两种成分的低活化马氏体钢(CLAM钢)的辐照损伤行为。结果表明:电子辐照能在未添加硅的CLAM钢中产生辐照空洞;在450℃下辐照至14 dpa时,空洞数密度约为8.7×1021m-3,辐照肿胀率约为0.26%;在450℃下的辐照肿胀率明显比500℃下的高;当损伤率为2×10-3dpa/s时,添加合金元素硅能显著提高CLAM钢的抗辐照肿胀能力,未在添加硅的CLAM钢中实验观察到辐照空洞的形成。在450℃下进行辐照时,添加硅的CLAM钢出现明显的辐照共格析出现象。

高Co－Ni二次硬化马氏体钢的发展

评述了一系列高Ｃｏ－Ｎｉ二次硬化马氏体钢的合金设计、热处理工艺以及显微组织对力学性能的影响，并探讨了在韧性和塑性损失较小的情况下，进一步提高这类钢的强度的可能性。

低活化马氏体钢的微观结构与力学性能

介绍了作为聚变反应堆候选结构材料的低活化马氏体钢的基本设计思路,初步确定了材料的化学成分和热处理工艺,研究了材料的冶金特性、微观组织和力学性能。同时,对比了添加少量钇和硅对材料性能的影响,发现添加硅可以提高材料强度,同时能保证材料具有足够的塑性和韧性;钇的添加对改善材料的塑性很有帮助,但是会使材料强度降低。

低活化铁素体/马氏体钢厚板光纤激光焊接接头组织及力学性能分析

针对核聚变反应堆试验包层模块(TBM)中使用的CLF-1低活化铁素体/马氏体钢进行焊接试验,采用15 k W光纤激光,实现了17.5 mm厚CLF-1钢的穿透焊接,得到了正反表面成形良好、无明显缺陷的焊接接头,并对接头显微组织及力学性能进行了分析研究.结果表明,焊缝区主要为粗大的板条马氏体;熔合线附近热影响区为细小的板条马氏体和少量贝氏体;不完全淬火区为经焊接热循环作用下二次回火的回火索氏体及马氏体双相组织;接头室温及550℃高温抗拉强度较高,均断裂于母材;焊缝显微硬度高于母材,且热影响区无明显软化;接头冲击韧性良好.接头综合力学性能良好.

冷变形对12Cr铁素体/马氏体钢回复与再结晶过程的影响

研究了一种新型高Cr低活性铁素体/马氏体(F/M)钢用作超临界水堆燃料包壳管用候选材料,研究冷变形对其铁素体和板条马氏体双相组织的回复、再结晶过程的影响。结果表明,不同冷变形量对板条马氏体再结晶的促进程度不同,10%冷变形后780℃高温退火只发生回复,回火马氏体板条发生合并与迁移;60%冷变形后780℃高温退火,回火马氏体发生快速回复和再结晶。相同冷变形量下,高温退火时回火马氏体会优先于铁素体发生再结晶。12%δ铁素体的存在并不会明显延缓回火马氏体的再结晶过程,长时退火后,少量的铁素体晶粒都会转变成二次再结晶铁素体晶粒,最终组织为细晶铁素体。

锅炉用马氏体钢蒸汽氧化行为研究进展

简述了金属高温氧化的热力学和动力学基础理论以及FeCr合金生成保护型氧化膜的理论条件;总结了传统马氏体钢氧化膜结构和氧化动力学两方面的氧化行为特征;归纳了新型马氏体钢氧化行为的三个新特征,即良好的抗氧化能力,温度与氧化速率的异常关系以及一种新的特殊富Cr层,并指出一些新型马氏体钢氧化行为新特征更接近奥氏体钢,马氏体钢的抗蒸汽氧化能力有望提高到奥氏体钢的水平。Co,W,Si等元素对内/外氧化转变的影响是今后的重点研究方向。

中碳低合金马氏体钢衬板的研制

介绍了中碳马氏体钢的化学成分、组织性能 ;制定了中碳马氏体钢的热处理工艺。实际装机试验表明 ,中碳马氏体钢衬板的相对耐磨性是高锰钢 (ZGMn13)衬板的 1

高强高韧FV520B马氏体钢的时效工艺优化

通过在600,630,680,700和720℃保温1 h空冷,以及在630℃短时时效后炉冷和空冷的热处理,研究了不同时效温度、时效时间以及冷却方式对沉淀硬化马氏体不锈钢FV520B的组织和力学性能的影响.结果表明,630℃短时时效后钢中即可析出一定量的逆转变奥氏体,且钢中的析出相尺寸较小并弥散分布,由此提出了一种沉淀强化马氏体不锈钢的热处理工艺优化,即FV520B钢经630℃短时时效并炉冷后.可以获得较佳的高强度和高韧性组合.

不同工艺下低碳马氏体钢的组织与力学性能

研究了淬火温度和保温时间对低碳马氏体钢组织、抗拉强度和屈服强度的影响.结果表明,淬火温度和保温时间对试样的组织和力学性能影响显著;在890℃下保温70和210 s淬火试样的组织主要为板条状马氏体和块状铁素体;在920和950℃下保温210 s淬火,其组织为板条状全马氏体;在920℃下保温70～210 s淬火试样具有良好的力学性能.

一种低活化铁素体／马氏体钢的高能重离子辐照效应研究

低活化的铁素体/马氏体钢是先进核能装置(如聚变堆)的重要候选结构材料。在聚变堆实际工作环境下,由于高温和高氦产生率引起的材料失效是这类材料面临的一个重要问题。本项研究以兰州重离子加速器(HIRFL)提供的中能惰性气体离子束(20Ne,122 MeV)作为模拟辐照条件,借助透射电子显微镜,研究了一种低活化的9Cr铁素体/马氏体钢(T92B)组织结构的变化和辐照肿胀。实验结果表明,高温下当材料中晶格原子的撞出损伤和惰性气体原子沉积浓度超过一定限值时,材料内部形成高浓度的空洞,并且空洞肿胀率显著依赖于辐照温度和剂量;在马氏体板条界面及其它晶界处空洞趋于优先形成,并且在晶界交汇处呈加速生长。基于氦泡的形核生长与空洞肿胀的经典模型探讨了在不同辐照条件(He离子、Ne离子、Fe/He离子双束、快中子、Ni离子)下铁素体/马氏体钢中肿胀率数据的关联。