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。     

固溶处理对马氏体/铁素体双相不锈钢组织和性能影响

利用金相显微镜、扫描电镜等试验手段,研究了固溶温度及固溶时间对马氏体/铁素体双相不锈钢微观组织和力学性能的影响。试验结果显示,随着固溶温度的升高,第二相逐渐溶解于基体中,马氏体含量逐渐增加,在力学性能方面表现为强度逐渐增大,塑韧性降低。通过相分析可知,基体中第二相为M₂₃C₆,且固溶温度越高,第二相（M₂₃C₆）在基体中的残留越少,当固溶温度高于1100 ℃时,第二相完全溶解到基体中。     

预氧化处理对12Cr铁素体/马氏体钢耐Pb-Bi腐蚀性能的影响

针对液态Pb-Bi共晶(LBE)冷却快堆开发了一种新型高硅12Cr铁素体/马氏体钢,为进一步增强其耐PbBi腐蚀性能,提升燃料组件的安全性,采用预氧化法对其进行了表面防护处理,表征了预氧化膜的结构,分析了预氧化处理对12Cr铁素体/马氏体钢耐550℃饱和氧LBE的腐蚀性能的影响。结果表明,该钢在720℃、1%O₂+99%N₂气氛中预氧化1 h时形成的氧化膜主要是(Fe, Cr)₂O₃和MnCr₂O₄氧化物,此氧化膜可有效阻止钢中Fe元素的向外扩散和LBE中O元素的向内扩散,进而提升了材料的耐LBE腐蚀性能。但由于Mn较高的扩散速率和在LBE中较高的溶解度,预氧化膜中的Mn元素会逐渐扩散和溶解至LBE,导致部分氧化膜失效并形成局部腐蚀区,当LBE腐蚀1000 h后,合金表面的局部腐蚀区可达60%。本工作揭示了新型高硅12Cr铁素体/马氏体钢中预氧化膜的微观结构、保护效果和失效机制,为进一步提升其预氧化膜的有效性和稳定性指明了方向。     

双相区轧制对铁素体/马氏体双相钢组织性能的影响

采用双相区(α+γ)轧制及双相区短时保温处理相结合的方式,制备了一种高强高韧性低碳低合金铁素体/马氏体双相钢,并采用SEM、室温拉伸试验和维氏硬度检测等手段研究了不同轧制工艺对铁素体/马氏体双相钢组织和性能的影响。结果表明:相对于普通的连续轧制工艺,等温轧制和道次之间短时保温处理相结合的工艺对铁素体/马氏体双相钢的相比例、形貌和尺寸有重要影响。等温轧制及短时保温处理的双相钢的组织明显细化,马氏体相比例增加,组织均匀性显著改善,屈服强度提升了34%,达到1229 MPa,屈强比高达0.78,断口为韧性断口特征,呈细小韧窝状,具有良好的综合力学性能。     

退火温度对铁素体/马氏体双相钢组织及性能的影响

利用扫描电镜、室温拉伸、冲击测试等试验方法,采用两相区退火,研究了退火温度对铁素体/马氏体双相钢组织和性能的影响。结果表明:试验钢热轧态组织为铁素体+马氏体,铁素体含量为32.8%;随着两相区退火温度由720 ℃逐渐提高至830 ℃,铁素体含量由45.7%降低到23.6%,马氏体含量逐渐提高;试验钢的屈强比由热轧态的50%,提高至830 ℃退火后的60%;试验钢的冲击吸收能量与铁素体含量成线性关系。     

低活化铁素体/马氏体钢厚板真空电子束焊接接头组织及性能分析

针对聚变堆氚增殖剂试验包层模块(TBM)结构材料CLF-1低活化铁素体/马氏体钢,进行真空电子束焊接试验,并对焊接接头的显微组织及力学性能进行分析研究。结果表明:采用电子束焊接的焊缝表面成形良好,无气孔、裂纹等焊接缺陷;焊接接头横截面呈典型的匙孔穿透焊缝形貌,焊缝金属显微组织为较粗大的板条马氏体,熔合线附近为马氏体、少量铁素体和魏氏体组织的混合组织;热影响区主要由马氏体和残余奥氏体组成,且晶粒尺寸大小由焊缝向母材依次减小。经710℃,210 min焊后热处理,焊缝区显微硬度均值为350 HV,存在明显的硬化现象;常温下接头平均抗拉强度为635MPa,断裂位置处于远离焊缝的母材侧,550℃高温抗拉强度均值为350 MPa,断裂位置在焊缝区;经180°侧弯试验,焊缝表面无肉眼可见裂纹,焊接接头具有较好的力学性能。     

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 kW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.     

12Cr3W低活性铁素体/马氏体钢中析出的行为

在Thermo-Calc热力学软件的辅助设计下,制备了一种针对超临界水堆工况的12Cr低活性铁素体/马氏体钢.通过显微组织观察与分析,同时结合热力学及动力学计算,研究了含12％ (vol％)δ铁素体的12Cr3W钢析出行为.结果表明:1050℃淬火780℃回火后,12Cr3W钢中析出相主要为M23C6和Cr2N.M23C6主要在回火马氏体内析出,而针状Cr2N则主要在δ铁素体内析出,Cr2N相对于M23C6容易发生粗化长大,计算结果与实验值吻合.12Cr钢淬火回火后的析出相组成受δ铁素体影响.借助于Thermo-Calc软件计算得到的热力学平衡相图选择合适的淬火温度,可以有效控制淬火后δ铁素体相含量,从而优化显微组织中析出相.     

铁素体对奥氏体不锈钢焊缝低温冲击韧性的影响

采用5组不同焊接工艺参数对06Cr19Ni10奥氏体不锈钢进行了焊接,并对焊接接头进行了组织分析、铁素体含量检测、-196℃低温冲击试验及断口形貌分析。研究结果表明：06Cr19Ni10奥氏体不锈钢焊缝组织为奥氏体+少量铁素体,铁素体呈条状或网状分布,含量介于5%～10%之间;焊缝-196℃冲击吸收功均满足标准要求,冲击断口为韧窝型断口,冲击吸收功与焊缝铁素体含量成反比,铁素体含量越高,冲击吸收功越低。     

超高强度船体钢中马氏体/奥氏体的演变

利用彩色金相法研究了TMCP(Thermal-Mechanical Control Process)工艺生产的超高强度船体海洋工程钢中马氏体/奥氏体(M/A)在等温过程、连续冷却过程和回火时的演变特点。结果表明M/A的形态尺寸与分布主要取决于组织转变的温度,加长转变的时间长只对0.5μm以下微粒状M/A略有影响。冷却速度低于2℃/s时会形成尺寸在2μm以上较大的M/A,对钢的韧性有损害。另外,回火过程中尤其是600℃以上回火时,M/A的总量明显减少,M/A球团化趋势明显,M/A个体尺寸有明显增大,对钢的韧性起到破坏作用。     

高氮奥氏体不锈钢研究进展

目前高氮钢研究的主要热点是高氮不锈钢,而高氮奥氏体不锈钢的应用前景最被看好.综述近年来国内外高氮奥氏体不锈钢的研究现状,包括氮在奥氏体不锈钢中的作用机理;高氮奥氏体不锈钢的试制;高含量氮对奥氏体不锈钢力学性能、耐蚀性能和组织稳定性的影响以及对高氮不锈钢应用前景的展望.     

奥氏体化时间对Cr17Ni2钢组织和性能的影响

本文借助于金相分析、断口分析和冲击韧性等试验方法研究了奥氏体化时间对Cr17Ni2钢组织和性能的影响。结果表明：随奥氏体保温时间的延长,其组织中δ-铁素体数量增加,冲击韧性和硬度与组织有良好的对应关系。     

304奥氏体不锈钢应变诱发马氏体的研究

用X射线衍射(XRD)、磁针法、力学性能和显微分析研究了商用热轧态和冷轧态304奥氏体不锈钢在不同变形方式下应变诱发马氏体的行为。结果表明:304钢热轧态由于存在多量碳化物和组织不均匀性,其奥氏体稳定性低,拉伸应变诱发马氏体量达40%,冷轧(固溶)态组织均匀、奥氏体稳定性高,拉伸应变诱发马氏体量仅9%;304冷轧板材扩孔、杯突成形时其切向和径向的二向拉应力有助于γ→α’转变,诱发马氏体量(30%～35%)多于单向拉应力的拉伸诱发马氏体量(8%～10%)。对于冷轧304不锈钢,在20%以上拉伸工程应变的驱动下才能较明显地诱发马氏体。304明显的强化效果(△σ达320～400 MPa)来自应变硬化和马氏体相变强化两方面:冷轧304钢的强化主要来自应变硬化本身;热轧304钢的强化不光有应变硬化的贡献,还有应变诱发的多量马氏体的重要贡献,而且后者是主要的。     

低活化铁素体–马氏体钢搅拌摩擦焊接头组织和性能分析

文中对9% Cr低活化铁素体-马氏体钢搅拌摩擦焊接头的组织和性能进行了分析.结果表明,搅拌摩擦焊接头不同区域微观组织存在明显的差异.搅拌区内奥氏体的动态再结晶引起晶粒细化和马氏体转变,并且晶界M₂₃C₆相溶解,晶内M₃C相析出;热力影响区组织变化与搅拌区相似,但晶粒尺寸明显大于母材;热影响区和母材区均表现回火组织特征.搅拌区硬度显著提高,分布均匀;热力影响区硬度值变化较大;热影响区发生软化,其硬度值在接头区域最低.随着拉伸测试温度的增加,搅拌区的屈服强度单调降低,抗拉强度先增大后减小,而断后伸长率先减小后增大.     

马氏体钢与奥氏体钢的焊接工艺

通过对马氏体钢和奥氏体钢各自焊接工艺特点的分析,探讨了其组合的异种钢焊接的特殊性,较详细地从焊接材料的选择、焊接工艺以及热处理方面进行了阐述。并针对电站锅炉热电偶套管(奥氏体钢)和主汽管道(马氏体钢)异种钢的焊接,提出了主要的工艺要点,认为无论选用什么样的焊接材料都必须进行预热和热处理。     

奥氏体不锈钢焊缝金属的氢致马氏体相变

用X射线衍射的方法 ,研究了充氢以及随后的时效过程中氢致奥氏体不锈钢焊缝金属 (30 8L和 347L)的马氏体相变和晶体结构的变化规律。结果表明 ,充氢能造成奥氏体点阵的膨胀和畸变。氢引起的奥氏体不锈钢焊缝金属的晶格畸变分别为 2 .7%(30 8L)和 2 .9% (347L) ,明显大于奥氏体不锈钢基体所产生的晶格畸变 1.2 % (30 4L)。充氢过程中 ,奥氏体不锈钢焊缝金属能发生ε马氏体相变。并且在随后的时效过程中 ,一部分ε马氏体转变为α′马氏体。即相变的顺序是γ→ε→α′。充氢后以及随后的时效过程中ε α′马氏体的总量大体保持不变 ,时效 2 4h后 ,ε和α′马氏体的相对含量达到稳定 ,并且长时间时效也不消失     

超细晶铁素体-马氏体钢的高温氧化成膜特性及其对Pb-Bi腐蚀行为的影响

利用SEM、XRD、EPMA和XPS等研究了冷旋锻变形对9Cr2WVTa铁素体-马氏体钢在650℃空气中氧化膜形成过程的影响,在此基础上考察了预氧化制备氧化膜对9Cr2WVTa铁素体-马氏体钢在饱和氧液态Pb-Bi共晶(LBE)中腐蚀行为的影响.结果表明,冷旋锻变形量的增加可提高样品的抗氧化性能,63％变形处理使抗氧化性能略有提高,94％变形处理可显著提高抗氧化性能.相较于回火态样品,63％变形处理样品形成的氧化物仍主要为(Fe,Cr)2O3,只是氧化物颗粒尺寸略有下降;94％变形获得的超细晶样品中,不仅氧化物颗粒尺寸显著减小,而且促进了富Mn氧化物(MnCr2O4和Mn2O3)的形成.超细晶样品中大幅度提高的空位浓度和位错密度、以及增加的晶界数量,显著提高了元素的扩散速率,Mn的异常快速扩散促进了富Mn氧化物的形成,稳定性好的富Mn氧化物提高了氧化膜的致密性.650℃空气中预氧化处理20 h后,超细晶样品表面获得致密性良好的富Mn氧化膜,在550℃饱和氧LBE中腐蚀500 h后,预氧化制备氧化膜可有效阻止LBE对铁素体-马氏体钢的侵蚀,并抑制了Fe的外扩散.Mn在LBE中较高的溶解度会加快富Mn氧化膜的溶解,随着Mn的不断溶解和LBE的持续侵蚀,预制备氧化膜的致密性不断下降而最终破裂,腐蚀2000 h后,样品表面形成了连续的Pb-Bi腐蚀产物.     

奥氏体304不锈钢形变诱发马氏体相变与磁记忆效应

通过金相观察和透射电镜分析,研究了奥氏体304不锈钢试样拉伸变形过程中发生马氏体相变和位错增殖对材料磁性的影响。运用铁素体检测仪和磁记忆检测仪分别研究了马氏体相在试样内的分布规律和试样表面磁场强度分布特征。结果表明,奥氏体304不锈钢发生形变诱发马氏体相变后,试样表面的磁场强度分布特征与马氏体相分布规律之间具有明显的对应关系,试样表面磁场强度变化可反映材料内的组织变化与应力集中情况。磁记忆检测技术可以应用于奥氏体304不锈钢的组织变化检测分析,并有效地诊断材料中的应力集中区。     

温度对T91铁素体/马氏体钢拉伸性能的影响

在-30 ～ 600℃之间进行了ADS嬗变系统候选结构材料T91铁素体/马氏体钢的拉伸试验研究,分析了温度对拉伸曲线、强塑性、瞬时加工硬化率曲线的影响,通过SEM与TEM观察了样品在不同温度拉伸后的断口形貌和显微组织.结果表明,3种不同的机制分别控制着不同温度区间的变形.在-30～100℃之间,变形机制与螺位错热激活滑移和其它热激活过程有关;在150 ～ 375℃之间,材料发生动态应变时效,导致塑性出现低谷,强度下降速率减缓,加工硬化能力增强;在400 ～ 600℃之间,动态应变时效消失,动态回复过程控制着材料的变形行为,材料强度迅速下降,塑性快速上升,加工硬化能力减弱.