先進核電高鉻鐵素體-馬氏體鋼的制備及組織性能研究.pdf

1、高鉻鐵素體/馬氏體鋼（F/M)因其較低的熱膨脹系數(shù)、較高的熱導率、良好的高溫抗中子輻照能力、較好的高溫強度及耐腐蝕性能而被認為最有希望成為聚變堆包層及第四代反應堆燃料包殼和堆芯的結(jié)構材料。本文根據(jù)JM atPro軟件的熱力學平衡相圖計算，設計了一種10Cr2.5WVTa低活化鐵素體/馬氏體鋼（10Cr鋼），通過場發(fā)射掃描電子顯微鏡（FESEM)、透射電子顯微鏡（TEM)、高溫拉伸和短時蠕變性能測試、超臨界水腐蝕（SCW)和高能離子輻照試

2、驗對其顯微組織和性能進行研究；此外針對Cr、W含量比較高的11Cr3W3Co鐵素體/馬氏體鋼（11Cr鋼）易出現(xiàn)δ鐵素體的現(xiàn)象，通過拉伸、蠕變測試和1100℃高溫退火，研究了其微結(jié)構及δ鐵素體的演變對其高溫力學性能的影響。
　　標準熱處理態(tài)(正火:980℃×0.5h+回火:760℃×1h)10Cr鋼的顯微組織由回火板條馬氏體和極少量δ鐵素體組成，且在馬氏體板條界上和板條內(nèi)分別分布著富Cr的M23C6型和富Ti、Ta、V并具有復雜結(jié)

3、構的M X型析出相。由于10Cr鋼在高溫條件下具有相對較高的應變速率敏感指數(shù)，其在不嚴重損失高溫強度的前提下具有相對較高的高溫塑性。短時蠕變結(jié)果表明，其在600℃和650℃下的蠕變應力指數(shù)分別為8.89和10.92，蠕變機制均與析出相、晶界、相界對位錯強烈釘扎作用有關，其中600℃蠕變機制由位錯攀移控制。超臨界水腐蝕168 h后，其表面氧化膜由成分為Fe3O4和FeCr2O4的多面體顆粒組成，隨腐蝕時間的延長，氧化物顆粒逐漸長大并出現(xiàn)多

4、孔結(jié)構且腐蝕增重符合平方根定律。10Cr鋼在室溫下經(jīng)Fe13+輻照2 h后，組織中的輻照誘導缺陷由點缺陷空位及空位團組成；當輻照溫度升高時，又相繼出現(xiàn)微孔洞和粗大的輻照誘導型析出相。
　　標準熱處理態(tài)(正火:1050℃×0.5h+回火:780℃×1.5h)11Cr鋼的顯微組織由回火板條馬氏體和大量平行于軋制方向連續(xù)分布的δ鐵素體組成，板條內(nèi)分布著高密度位錯和富含Nb、V、Ta元素細小彌散分布的析出相，板條界、原奧氏體晶界及δ鐵素體

5、-馬氏體兩相界面上分布有尺寸較大富含Cr、W元素的析出相顆粒。隨著高溫退火時間延長，δ鐵素體含量先逐漸減少至最小值后呈現(xiàn)出上升的趨勢，形貌也由連續(xù)的竹節(jié)狀變?yōu)榧毿〉念w粒狀，最后轉(zhuǎn)變?yōu)榇执蟮膲K狀；在1100℃退火4 h后，組織中出現(xiàn)一種富Fe-W-Cr析出相，其含量隨退火時間延長而增加并呈現(xiàn)沿界面連續(xù)分布，而且原奧氏體晶粒也發(fā)生明顯長大。δ鐵素體含量的減少有利于11Cr鋼300℃和650℃抗拉強度的提升。退火10h之前，短時蠕變性能卻隨δ