CLAM鋼TIG焊焊接接頭的高溫蠕變性能研究.pdf

1、中國低活化馬氏體CLAM鋼因其優(yōu)良的熱物理特性以及成熟領先的技術基礎，被普遍認為是未來聚變反應堆示范電站及商業(yè)化聚變電站的首選包層結構材料。針對CLAM鋼結構材料的工作環(huán)境，研究其焊縫在高溫運行條件下的力學性能變化，對提高其蠕變持久強度及蠕變壽命有著十分重要的理論和現(xiàn)實價值。數(shù)學建模及合理、正確預測參數(shù)的選擇將有效地預測其實際服役條件下的蠕變性能和持久斷裂強度。
　　本文在綜合參考了國內(nèi)外對多種典型 RAFM鋼研究方法的基礎上，制

2、定了實驗方案：利用自制焊絲作為填充材料，采用TIG焊工藝對5mm厚的CLAM鋼板進行雙層對接焊。并將焊件分為兩組，其中一組焊后進行760℃/30 min的回火處理，另一組不進行熱處理，進行對比分析。利用現(xiàn)代分析測試手段，觀察兩組焊接接頭的微觀組織形態(tài)，測試分析其顯微硬度，沖擊吸收功以及高溫瞬時拉伸強度。另外，利用電子蠕變持久試驗機，對經(jīng)過回火處理的接頭進行高溫蠕變試驗，研究分析其蠕變曲線變化規(guī)律及蠕變參數(shù)；利用SEM，TEM電子顯微鏡分

3、別觀察蠕變斷口形貌以及蠕變過程中不同時間點焊接接頭微觀組織中的位錯分布；最后根據(jù)Larson-Miller參數(shù)，對焊接接頭的長期蠕變斷裂強度進行預測。試驗結果表明，CALM TIG焊焊接接頭符合正常蠕變規(guī)律，包括瞬時、穩(wěn)態(tài)、快速三個蠕變階段，在溫度一定的情況下，隨著應力水平的提高，穩(wěn)態(tài)蠕變速率ε不斷增大，蠕變斷裂時間逐漸縮短。通過冪律方程得到的焊接接頭穩(wěn)態(tài)蠕變階段的應力因子 n值為15，大于合金材料的典型值3~7。另外，CLAM鋼的激活

4、能 Q約為436 KJ/mol.K大于鐵的自擴散激活能（300KJ/mol.K），說明在目前應力條件和溫度范圍內(nèi)，焊接接頭穩(wěn)態(tài)蠕變階段的蠕變變形機制為位錯蠕變。通過對焊接接頭TEM微觀形貌的觀察發(fā)現(xiàn)，在550℃、180 MPa的條件下，隨著蠕變時間的不斷增加，板條馬氏體晶界處的位錯逐漸增多，聚集并產(chǎn)生塞積，阻礙位錯運動，減緩蠕變變形，從而使得穩(wěn)態(tài)蠕變階段的蠕變速率減小。借助于斷口形貌學理論對CLAM鋼焊接接頭的蠕變斷裂行為進行分析，斷裂