CLAM鋼TIG焊接接頭在550℃動(dòng)態(tài)鉛鉍合金中腐蝕行為的研究.pdf

1、為了早日實(shí)現(xiàn)核聚變能的安全應(yīng)用，國(guó)內(nèi)外研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)對(duì)核聚變反應(yīng)堆的設(shè)計(jì)和制造做了大量的研究。目前普遍認(rèn)為，在未來(lái)聚變示范電站及商用電站中，液態(tài)金屬由于良好的物理化學(xué)性能被認(rèn)為可以作為包層模塊中的氚增殖劑和冷卻劑，而包層所用結(jié)構(gòu)材料的第一選擇是低活化鐵素體/馬氏體鋼（RAFM）。CLAM鋼作為中國(guó)自主研發(fā)的RAFM鋼，其成分在商業(yè)化生產(chǎn)中十分適用，是未來(lái)我國(guó)聚變堆首選結(jié)構(gòu)材料。焊接技術(shù)是包層模塊制造中必不可少的技術(shù)，而CLAM鋼在焊后的性

2、能與母材相比有很大差異。在聚變堆運(yùn)行過(guò)程中，包層結(jié)構(gòu)材料需要在惡劣的環(huán)境下長(zhǎng)期工作，容易受到液態(tài)金屬的腐蝕。因此，針對(duì)結(jié)構(gòu)材料的工作條件，研究 CLAM鋼焊接接頭在高溫液態(tài) Pb-Bi中的耐蝕性能對(duì)實(shí)現(xiàn)聚變反應(yīng)堆的安全運(yùn)行具有重要意義。本文利用課題組自主研制的腐蝕試驗(yàn)裝置對(duì)CLAM鋼TIG焊接接頭在550℃高速流液態(tài)Pb-Bi合金中的腐蝕行為展開(kāi)了研究，腐蝕時(shí)間為1000h。主要研究了相對(duì)流速和熱處理工藝對(duì)CLAM鋼TIG焊接接頭在液態(tài)

3、Pb-Bi中耐蝕性能的影響，流速分別為1.70 m/s、2.31 m/s、2.98 m/s，熱處理工藝分別為未經(jīng)熱處理、710℃/0.5h、760℃/0.5 h、810℃/0.5 h、760℃/1.5 h、760℃/2.5 h回火。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴在動(dòng)態(tài)腐蝕試驗(yàn)中，CLAM鋼焊接試樣表層被液態(tài)Pb-Bi合金明顯腐蝕，表層生成了明顯的雙層氧化層結(jié)構(gòu)，內(nèi)氧化層FeCr2O4由表面向內(nèi)生長(zhǎng)，外氧化層Fe3O4由表面向外生長(zhǎng)。

4、在外氧化層表面發(fā)現(xiàn)有Pb、Bi滲透進(jìn)來(lái)，生成了大量的PbFe4O7。熱影響區(qū)的整體耐蝕性能要優(yōu)于焊縫區(qū)。腐蝕形式主要是氧化和磨損腐蝕，氧化過(guò)程主要是元素 Fe、Cr、O、Pb、Bi的擴(kuò)散遷移過(guò)程。氧化的速率隨腐蝕時(shí)間的延長(zhǎng)而降低，腐蝕后期，磨損腐蝕是液態(tài)金屬腐蝕的主要形式。相對(duì)流速的提高加快了元素?cái)U(kuò)散遷移，并在2.98m/s時(shí)表面生成了新相 Bi-Fe-O。同時(shí)，隨著相對(duì)流速的提高，在達(dá)到2.31m/s及以上時(shí)，液態(tài)Pb-Bi對(duì)外氧化層

5、的磨損腐蝕也越嚴(yán)重，且內(nèi)氧化層中產(chǎn)生裂紋的傾向也越來(lái)越大。在相對(duì)流速為2.98m/s時(shí)，隨著回火溫度的提高，試樣的耐蝕性能呈現(xiàn)先提高后降低的趨勢(shì)，在760℃時(shí)試樣的耐蝕性能達(dá)到最佳。在相對(duì)流速為2.31m/s時(shí)，隨著回火時(shí)間的延長(zhǎng)，CLAM鋼焊接試樣的耐蝕性能并沒(méi)有呈現(xiàn)統(tǒng)一的變化趨勢(shì)，綜合考慮材料的耐蝕性能及力學(xué)性能，回火時(shí)間在1.5h左右時(shí)最佳。⑵腐蝕結(jié)果表明，相對(duì)流速對(duì)液態(tài) Pb-Bi腐蝕過(guò)程的影響是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程：流速太低，達(dá)不到