9Cr低活化马氏体钢在超临界水中的腐蚀行为

利用扫描电子显微镜(SEM)、电子能谱(EDS)以及X射线衍射(XRD)技术研究了9Cr低活化马氏体钢在650℃/25MPa超临界水中的腐蚀行为。结果表明,9Cr低活化马氏体钢腐蚀产物的晶粒随腐蚀时间的延长而长大,晶粒尺寸从200h的5.7μm长大到1000h的10.1μm。表面形成的氧化膜为双层结构,外层为Fe3O4,内层由Fe3O4和FeCr2O4共同组成。由氧化增重结果获得了9Cr低活化马氏体钢在超临界水中腐蚀的氧化动力学表达式,同时其腐蚀机理表现为吸氧腐蚀。

热处理对9Cr低活化马氏体钢组织和力学性能的影响

研究了热处理对9Cr低活化马氏体钢显微组织和力学性能的影响。用光学显微镜和扫描电子显微镜观察了材料的显微组织、拉伸断口和冲击断口;用X射线衍射仪检测了材料的晶体结构。结果表明:9Cr低活化马氏体钢的晶粒尺寸从950℃的6.28μm增加到1200℃的66.5μm。两种热处理工艺(950℃×30min水冷+780℃×90min空冷和1050℃×30min水冷+780℃×90min空冷)处理后的9Cr低活化马氏体钢显微组织为全马氏体。二种工艺处理后拉伸力学性能相近,但冲击性能差别明显。二者的韧脆转变温度分别为-72℃和-62℃。选择950℃×30min水冷+780℃×90min空冷的热处理工艺能够提高9Cr低活化马氏体钢的冲击韧度。

9Cr低活化马氏体钢冷变形及退火再结晶

通过光学显微分析和显微硬度测试研究了冷变形对9Cr低活化马氏体钢显微组织的影响,以及冷变形后退火再结晶过程中冷变形量（5%~75%）、退火温度（700~810℃）和保温时间（15~150 min）对显微组织的影响,获得退火再结晶图。当变形量为5%和10%时,样品在810℃的高温下退火120 min只发生回复过程;当变形量大于20%时,在780℃下退火120 min即可获得再结晶组织;当变形量达75%时,退火再结晶组织具有带状结构。通过试验获得了最佳的冷变形及退火再结晶工艺：冷变形量20%~60%,退火温度750~780℃,退火时间60~120 min。

硅对9Cr-1.5WVTa低活化马氏体钢力学性能的影响

基于中国正在研究的聚变堆用9Cr-1.5WVTa低活化马氏体钢(CLAM钢),研究了添加合金元素硅对CLAM钢力学性能的影响。结果表明,添加0.2%Si使得CLAM钢的抗拉强度和屈服强度明显提高,钢的塑性和冲击韧性同时也得到一定提高,其中,韧脆转变温度(DBTT)由-13℃降至-30℃。未添加和添加0.29%Si的CLAM钢均为全马氏体组织,无δ铁素体存在。硅的添加使得9Cr-1.5WVTaSi钢的晶粒细化,从而提高了钢的拉伸和冲击性能。

钇对9Cr-2WVTa低活化马氏体钢力学性能的影响

研究了稀土合金元素钇对聚变堆用低活化马氏体钢9Cr-2WVTa力学性能的影响,分析了钇在低活化马氏体钢中的冶金行为。研究结果表明,钇元素容易在钢中聚集形成富钇的块状夹杂,割裂了基体的连续性,容易破裂形成微孔;轧板中这些富钇块夹杂沿着轧制方向成条线状分布,使得在拉伸和冲击断裂时出现断口分层现象,降低了钢的力学性能。

氧化物弥散增强低活化铁素体/马氏体9Cr钢的显微组织与拉伸性能

采用粉末冶金法制备了核聚变反应堆第一壁候选结构材料——氧化物弥散强化低活化9Cr钢,采用XRD、OM、SEM、EDS等对合金化之后的粉体及烧结体的组织进行了分析,讨论了球料比对粉体特性以及烧结温度对烧结体组织与抗拉强度的影响。结果表明:球料比为20:1、球磨48 h的粉体颗粒呈片层状,尺寸较均匀,合金化效果较好;烧结温度在1300～1390℃范围内,随着温度的提高,烧结体的孔隙率降低,组织更加均匀,抗拉强度由376.0MPa逐渐增大到562.9MPa,伸长率同步增大,最大为20.2%。

钒和铜对11Cr-2W低活化马氏体钢组织和高温力学性能的影响

研究了钒含量和0.22%铜对11Cr-2W低活化马氏体钢组织以及650℃下拉伸、蠕变性能的影响。结果表明:钒含量和0.22%的铜对钢的组织和M23C6相的尺寸没有明显影响,当钒的质量分数为0.105%时,基体中弥散分布的MX相最多且最为细小;当钒的质量分数从0.105%增加到0.203%时,试验钢的抗拉强度从325.2 MPa降低为289.4 MPa,蠕变寿命从370h缩至251h;添加0.22%的铜可以提高试验钢的蠕变寿命。

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。

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。

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。

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.

CLF-1低活化铁素体/马氏体钢的热处理工艺

用显微硬度测试、微观组织观察、室温拉伸试验等方法研究了不同的热处理工艺参数对CLF-1低活化铁素体/马氏体钢(RAFM)显微组织与力学性能的影响,在此基础上确定了其适宜的热处理工艺。结果表明:经980℃×45 min固溶+740℃×90 min回火工艺热处理后,该钢显微组织良好且力学性能优异,抗拉强度达到760 MPa,伸长率为19.5%,可满足该钢的使用性能要求;其再结晶温度约为780℃;由α区进入α+γ两相区的相变点为820℃;在略高于920℃后将进入γ单相区。

中国低活化马氏体钢TIG焊焊缝耐液态Pb-Bi腐蚀性能分析

文中研究了中国低活化马氏体(china low activation martensitic,CLAM)钢对接双层TIG焊焊缝在高速流液态Pb-Bi中的腐蚀行为.结果表明,腐蚀的主要特征是元素扩散迁移和表面形成双氧化层结构.焊后热处理改善了CLAM钢焊缝耐液态Pb-Bi腐蚀性能.研究发现试样经760℃保温0.5 h的回火热处理后,耐腐蚀性能最好.均匀细小的马氏体组织有效地提高了焊缝的耐蚀性能,马氏体组织的尺寸大小是焊缝耐蚀性能的决定性因素.试样焊缝区最先损坏,表现为内氧化层中出现裂纹导致氧化层脱落.因此,提高反应堆结构材料焊缝处的耐腐蚀性能可以有效延长结构材料的使用寿命.

CLF-1低活化铁素体/马氏体钢真空电子束焊接研究

针对中国固态增殖剂试验包层模块(TBM)的结构材料CLF-1低活化铁素体/马氏体钢,开展了真空电子束焊接试验,并在740℃/1.5 h条件下进行了焊后热处理(PWHT)。焊后表面成形良好,无任何表面缺陷。基于焊缝中气孔的形成机理,通过电子束重熔焊接的方法解决了焊后存在大量链状气孔的问题。分析了焊接接头的金相组织、力学性能及各合金元素的能谱分布。结果表明,焊态和热处理态的焊缝金属中主要均由板条马氏体组成,在电子束焊接过程中各主要的合金元素也未烧损,热处理态的焊缝抗拉强度较焊态略有下降,同时韧性有所提高。基于电子束焊接试验,成功试制了TBM模块盖板模拟件。

中国低活化马氏体钢在电子辐照下产生位错环的原位观察

高流强的中子辐照在结构材料内部产生严重的级联离位损伤,使得材料性能下降,而辐照缺陷是聚变堆材料性能下降的根本原因.为了研究结构材料在高辐照剂量下的损伤机理,针对中国低活化马氏体钢(CLAM钢),通过使用高能电子辐照来模拟中子对材料造成的高剂量辐照损伤,并对微观结构进行原位观察.进行了辐照下产生的位错环随辐照剂量的演化过程的观察,并分析了位错环浓度和尺寸随辐照剂量和温度的变化规律.

低活化马氏体钢热变形行为及机理型本构建模研究

利用Gleeble-3500热模拟试验机研究了低活化马氏体钢在变形温度为850~950℃、应变速率为0.001~1 s^-1条件下的热变形行为。建立了流变应力本构方程,并评估了该方程的预测能力。绘制了低活化马氏体钢在不同应变下的热加工图。结果表明:在较高的应变速率条件下,该材料主要发生动态回复,在较高变形温度和较低应变速率下具有明显的动态再结晶特征;本构方程的预测结果与实验结果符合良好;变形温度870~930℃、应变速率0.001~0.01 s^-1和变形温度920~950℃、应变速率0.3~1 s^-1分别是真应变为0.4和0.6下最优的热加工区域。

低活化马氏体钢真空扩散焊接头力学性能

在不同焊接工艺参数下对低活化马氏体钢进行真空扩散焊接试验,分别对焊缝区进行光学显微观察(OM)与扫描电镜观察(SEM)分析,并对焊件进行力学性能测试.结果表明,低活化马氏体钢的焊后组织主要为板条马氏体及少量的残余奥氏体,焊缝结合状况良好;在一定范围内提高焊接温度、延长保温时间可以提升接头抗拉强度,但过高的温度及保温时间会导致奥氏体晶粒粗化,损害接头的抗拉强度及冲击韧性.经过焊后热处理(正火+回火)的接头抗拉强度相对于热处理前有所降低,但组织稳定性及冲击韧性有一定改善.

低活化铁素体/马氏体钢离子辐照后的微观结构变化

采用100keV的氢离子在450℃对两种成分的低活化铁素体/马氏体钢进行了辐照实验;同时为了对比研究低活化铁素体/马氏体钢中的合金元素在辐照过程中的行为,将Fe-10Cr合金以及纯铁一起进行了离子辐照.通过透射电子显微镜观察发现,当辐照剂量为1×1017H+/cm2时,在低活化铁素体/马氏体钢中产生了一定数量的位错缺陷,另外,发现有大量富含合金元素Cr的点状析出物产生.

低活化马氏体钢限制性模压织构演化行为及力学性能研究

利用低活化马氏体钢在500、600℃下进行了多道次限制性模压(CGP)实验,研究了不同温度下变形道次对其显微组织和力学性能的影响。结果表明:经3道次CGP变形后,低活化马氏体钢的平均晶粒尺寸从初始回火态的1.37μm细化到0.88μm;马氏体中形成了明显的(121)[012]、(011)[111]、(101)[111][JP]织构,同时有(213)[111]织构出现,{112}{111}面织构的出现有效提升了材料的拉伸性能;铁素体中出现(012)[021]织构和明显的{013}〈113〉织构;抗拉强度与硬度显著上升,延伸率小幅降低。500℃下,抗拉强度经过1道次CGP变形后从初始态的586.31 MPa提升至693.01 MPa,3道次后又略下降至689.74 MPa;延伸率从初始态的18.59%降至12.13%。600℃下,抗拉强度经过1道次CGP变形后提升至685.97 MPa,3道次CGP变形后又略下降至679.30 MPa;延伸率降至15.62%。上述结果证明,CGP变形是提升低活化钢板力学性能的有效方法之一。

低活化马氏体钢激光焊接工艺与性能研究

研究了不同激光焊接工艺下低活化马氏体钢的焊缝形貌、显微硬度、常温拉伸和-40℃冲击性能,并对冲击断口形貌进行了观察。结果表明,当焊接热输入分别为1.2、1.4和1.8 k J·cm^(-1)时,低活化马氏体钢焊接接头均未出现未焊透现象。随着焊接热输入的增加,焊接接头上下表面的焊缝熔宽均呈逐渐增加的趋势。不同焊接热输入下,焊接接头的抗拉强度和屈服强度都明显高于低活化马氏体母材,且断裂位置都在母材处,而断后伸长率与母材相当。焊接热输入为1.4和1.8 k J·cm^(-1)时,焊缝区-40℃冲击功略高于基材,而热影响区-40℃冲击功与母材相当。