中國低活化馬氏體鋼高溫?zé)釙r效行為與力學(xué)性能退化機(jī)理研究.pdf

1、聚變堆包層候選結(jié)構(gòu)材料低活化鐵素體/馬氏體鋼(Reduce ActivationFerritic/Martensitic，RAFM)服役溫度上限為550℃，長期服役時其顯微組織將逐漸發(fā)生變化并導(dǎo)致力學(xué)性能退化，最終影響部件的使用安全性。中國低活化馬氏體鋼(China Low Activation Martensitic steel，CLAM)作為世界三大低活化鋼之一，是中國ITER測試包層模塊的首選結(jié)構(gòu)材料，其高溫?zé)岱€(wěn)定性是影響CLAM

2、鋼服役安全性的重要因素之一，也關(guān)系到CLAM鋼最終能否實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用。同時高溫?zé)釙r效過程中組織性能退化機(jī)理研究，對CLAM鋼組織成分優(yōu)化和熱穩(wěn)定性改進(jìn)具有重要理論指導(dǎo)意義。本論文主要針對中國ITER測試包層模塊服役過程中的溫度工況，開展CLAM鋼高溫?zé)釙r效行為研究。
　　首先，本文研究了CLAM鋼在550℃時效后室溫拉伸和沖擊性能，分析了時效過程中其微觀組織演變以及拉伸沖擊性能退化規(guī)律。研究表明時效過程中CLAM鋼第二相數(shù)量密度先增

3、加后減小，而尺寸不斷增加。動力學(xué)分析結(jié)果顯示Laves相在時效20，000 h前長大速率是相同狀態(tài)下M23C6的70倍，TaC顆粒的130倍。CLAM鋼時效過程中馬氏體板條逐漸退化為亞晶，原奧氏體晶粒不斷粗化，單位面積的晶界長度逐漸減小。CLAM鋼時效過程中其拉伸性能總體變化不大，但韌脆轉(zhuǎn)變溫度變化明顯。時效20，000 h后DBTT從未時效的-90.2℃上升至-37.5℃。通過對CLAM鋼斷裂模型分析得到550℃時效過程中，晶界對CL

4、AM鋼斷裂起主導(dǎo)作用。因此，細(xì)化晶粒是提高時效前后CLAM鋼韌性、降低DBTT的有效途徑之一。
　　其次，本文研究了550℃熱時效對CLAM鋼高溫拉伸和蠕變的影響，分析了時效后材料高溫拉伸以及蠕變性能變化機(jī)理。研究表明550℃時效對CLAM鋼高溫強(qiáng)度影響并不顯著，而其蠕變性能隨著時效時間的延長而逐漸下降。時效前CLAM鋼的最小蠕變速率和蠕變斷裂時間分別為3.61×10-4 s-1和202 h，時效4，000 h后其數(shù)值分別為6.8

5、4×10-4 s-1和111h。微觀分析結(jié)果表明，蠕變后馬氏體板條粗化、第二相數(shù)量和尺寸增加。通過計(jì)算分析得到時效過程中CLAM鋼基體內(nèi)固溶的溶質(zhì)原子數(shù)量逐漸減小可能是導(dǎo)致其蠕變速率增加的原因。相關(guān)研究對CLAM鋼組織優(yōu)化以及提高其蠕變性能具有重要意義。
　　最后，本文基于不同時效溫度（550℃、600℃和650℃）下CLAM鋼時效行為結(jié)果，采用Arrhenius模型，建立加速模擬CLAM熱時效模型。研究表明高溫可有效加速CLAM