Ta含量對CLAM鋼力學(xué)性能影響研究.pdf

1、中國低活化馬氏體(CLAM)鋼具有低活化、抗輻照腫脹、優(yōu)良的力學(xué)和熱物理性能以及成熟的工業(yè)基礎(chǔ)，被選為中國ITER測試包層(TBM)首選結(jié)構(gòu)材料。Ta作為CLAM鋼關(guān)鍵的合金元素之一，對其性能有著重要的影響。本文基于理論和實(shí)驗(yàn)初步研究了Ta含量對CLAM鋼拉伸和沖擊性能的影響，從實(shí)驗(yàn)和理論模擬2個(gè)方面研究了斷裂韌性評估方法，同時(shí)利用三維原子探針(3DAP)對富Ta相的原子分布特征進(jìn)行了分析研究，這些結(jié)果可為后續(xù)CLAM鋼Ta成分進(jìn)一步優(yōu)

2、化提供依據(jù)。
　　論文研究了Ta含量對CLAM鋼拉伸和沖擊性能的影響。制備了四種Ta含量分別為0.027wt％、0.078wt％、0.15wt％和0.78wt％的CLAM鋼，分別命名為HEAT1009A-D。結(jié)果顯示:HEAT1009A具有最高的抗拉強(qiáng)度可能是由于其基體中含有較多富Cr的M23C6相，HEAT1009B具有最低的韌脆轉(zhuǎn)變溫度(DBTT)以及較高上平臺沖擊吸收功(USE)可能是由于其具有細(xì)小的晶粒尺寸以及細(xì)小富Ta的

3、MX相;HEAT1009D具有最高的USE和較低的DBTT可能是由于其具細(xì)小的晶粒以及最高的未溶富Ta的MX相;隨著Ta含量從0.027wt％增加至0.18wt％，晶粒尺寸減小，富Cr的M23C6析出相逐漸減少，富Ta的MX相增多;當(dāng)Ta含量超過0.15wt％時(shí)，常規(guī)熱處理?xiàng)l件下，對細(xì)化晶粒的作用將不再明顯;固溶度積與擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)的模擬結(jié)果也證明了上述結(jié)果與分析。此外，開展了CLAM鋼斷裂韌性評估方法研究。利用單試樣卸載柔度法完成了室溫下

4、CLAM鋼斷裂韌性的分析，其結(jié)果為417.9 kJ/m2，與JLF-1相似;通過斷面不規(guī)則維度分析，計(jì)算求得了斷裂韌性，其值為454.6 kJ/m2，與實(shí)驗(yàn)的結(jié)果相一致，實(shí)驗(yàn)和模擬的方法均可用于Ta含量對CLAM鋼斷裂韌性影響的研究中。
　　為了進(jìn)一步探究Ta含量和狀態(tài)對CLAM鋼性能的影響，開展了富Ta相在CLAM鋼中的析出演化規(guī)律研究。冶煉制備了2種Ta含量分別為0.28wt％和0.84wt％的鑄錠，命名為:HEAT1102A

5、/B。在1200℃下分別進(jìn)行1小時(shí)和2小時(shí)高溫奧氏體化處理。在不同高溫奧氏體化時(shí)間后，HEAT1102A中均未觀察到未溶TaC顆粒，但HEAT1102B中發(fā)現(xiàn)大量未溶TaC顆粒;高溫奧氏體化處理后的試樣中均觀察到δ-鐵素體存在;與Thermo-calc、固溶度積和擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)的模擬計(jì)算一致;對不同奧氏體化工藝后的試樣進(jìn)行760℃的回火處理，隨著時(shí)間的延長，試樣的析出物逐漸粗化，隨著回火時(shí)間的延長，析出物在晶界板條界等區(qū)域聚集，HEAT11

6、02A中析出物主要以富Cr相為主，HEAT1102B中析出物主要為富Ta相，可以初步得出，Ta的添加可以減緩Cr的析出;此外硬度也隨著回火時(shí)間的延長而降低，HEAT1102B的硬度在回火1.5小時(shí)后便達(dá)到了穩(wěn)定值，而HEAT1102A在回火500小時(shí)是仍未見硬度有穩(wěn)定的趨勢。此外，利用三維原子探針(3DAP)分析富Ta相在CLAM鋼中的原子分布規(guī)律，研究結(jié)果表明:在富Ta相析出物區(qū)域，Ta、V和C的偏聚傾向強(qiáng)度較大，且偏聚的量較多;在界