CLAM鋼TIG焊焊接接頭的高溫蠕變性能研究.pdf

1、中國(guó)低活化馬氏體CLAM鋼因其優(yōu)良的熱物理特性以及成熟領(lǐng)先的技術(shù)基礎(chǔ)，被普遍認(rèn)為是未來聚變反應(yīng)堆示范電站及商業(yè)化聚變電站的首選包層結(jié)構(gòu)材料。針對(duì)CLAM鋼結(jié)構(gòu)材料的工作環(huán)境，研究其焊縫在高溫運(yùn)行條件下的力學(xué)性能變化，對(duì)提高其蠕變持久強(qiáng)度及蠕變壽命有著十分重要的理論和現(xiàn)實(shí)價(jià)值。數(shù)學(xué)建模及合理、正確預(yù)測(cè)參數(shù)的選擇將有效地預(yù)測(cè)其實(shí)際服役條件下的蠕變性能和持久斷裂強(qiáng)度。
　　本文在綜合參考了國(guó)內(nèi)外對(duì)多種典型 RAFM鋼研究方法的基礎(chǔ)上，制

2、定了實(shí)驗(yàn)方案：利用自制焊絲作為填充材料，采用TIG焊工藝對(duì)5mm厚的CLAM鋼板進(jìn)行雙層對(duì)接焊。并將焊件分為兩組，其中一組焊后進(jìn)行760℃/30 min的回火處理，另一組不進(jìn)行熱處理，進(jìn)行對(duì)比分析。利用現(xiàn)代分析測(cè)試手段，觀察兩組焊接接頭的微觀組織形態(tài)，測(cè)試分析其顯微硬度，沖擊吸收功以及高溫瞬時(shí)拉伸強(qiáng)度。另外，利用電子蠕變持久試驗(yàn)機(jī)，對(duì)經(jīng)過回火處理的接頭進(jìn)行高溫蠕變?cè)囼?yàn)，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(shí)間點(diǎn)焊接接頭微觀組織中的位錯(cuò)分布；最后根據(jù)Larson-Miller參數(shù)，對(duì)焊接接頭的長(zhǎng)期蠕變斷裂強(qiáng)度進(jìn)行預(yù)測(cè)。試驗(yàn)結(jié)果表明，CALM TIG焊焊接接頭符合正常蠕變規(guī)律，包括瞬時(shí)、穩(wěn)態(tài)、快速三個(gè)蠕變階段，在溫度一定的情況下，隨著應(yīng)力水平的提高，穩(wěn)態(tài)蠕變速率ε不斷增大，蠕變斷裂時(shí)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(yīng)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(kuò)散激活能（300KJ/mol.K），說明在目前應(yīng)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(jī)制為位錯(cuò)蠕變。通過對(duì)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(shí)間的不斷增加，板條馬氏體晶界處的位錯(cuò)逐漸增多，聚集并產(chǎn)生塞積，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，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(xué)理論對(duì)CLAM鋼焊接接頭的蠕變斷裂行為進(jìn)行分析，斷裂