本文關(guān)鍵詞：CLAM鋼TIG焊接接頭在550℃動態(tài)鉛鉍合金中腐蝕行為的研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：為了早日實(shí)現(xiàn)核聚變能的安全應(yīng)用,國內(nèi)外研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)對核聚變反應(yīng)堆的設(shè)計和制造做了大量的研究。目前普遍認(rèn)為,在未來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,是未來我國聚變堆首選結(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鋼在焊后的性能與母材相比有很大差異。在聚變堆運(yùn)行過程中,包層結(jié)構(gòu)材料需要在惡劣的環(huán)境下長期工作,容易受到液態(tài)金屬的腐蝕。因此,針對結(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了研究,腐蝕時間為1000h。主要研究了相對流速和熱處理工藝對CLAM鋼TIG焊接接頭在液態(tài)Pb-Bi中耐蝕性能的影響,流速分別為1.70m/s、2.31m/s、2.98m/s,熱處理工藝分別為未經(jīng)熱處理、710℃/0.5h、760℃/0.5h、810℃/0.5h、760℃/1.5h、760℃/2.5h回火。研究發(fā)現(xiàn):在動態(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,外氧化層Fe3O4由表面向外生長。在外氧化層表面發(fā)現(xiàn)有Pb、Bi滲透進(jìn)來,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,氧化過程主要是元素Fe、Cr、O、Pb、Bi的擴(kuò)散遷移過程。氧化的速率隨腐蝕時間的延長而降低,腐蝕后期,磨損腐蝕是液態(tài)金屬腐蝕的主要形式。相對流速的提高加快了元素擴(kuò)散遷移,并在2.98m/s時表面生成了新相Bi-Fe-O。同時,隨著相對流速的提高,在達(dá)到2.31m/s及以上時,液態(tài)Pb-Bi對外氧化層的磨損腐蝕也越嚴(yán)重,且內(nèi)氧化層中產(chǎn)生裂紋的傾向也越來越大。在相對流速為2.98m/s時,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,在760℃時試樣的耐蝕性能達(dá)到最佳。在相對流速為2.31m/s時,隨著回火時間的延長,CLAM鋼焊接試樣的耐蝕性能并沒有呈現(xiàn)統(tǒng)一的變化趨勢,綜合考慮材料的耐蝕性能及力學(xué)性能,回火時間在1.5h左右時最佳。腐蝕結(jié)果表明,相對流速對液態(tài)Pb-Bi腐蝕過程的影響是一個復(fù)雜的過程:流速太低,達(dá)不到傳質(zhì)和冷卻效果;流速太高,縮短結(jié)構(gòu)材料的使用壽命。焊接后對試樣的回火處理有效地提高了結(jié)構(gòu)材料焊接接頭的耐蝕性能,且最佳的焊后熱處理工藝是760℃/1.5h后空冷。馬氏體組織形態(tài)是CLAM鋼耐蝕性的決定因素,分布均勻且尺寸均勻細(xì)小的馬氏體組織以及馬氏體組織晶界析出的碳化物能夠顯著地提高CLAM鋼的耐蝕性能,延長CLAM鋼在未來聚變反應(yīng)堆實(shí)際應(yīng)用中的使用壽命。
【關(guān)鍵詞】：CLAM鋼 液態(tài)鉛鉍 焊接接頭 流速 焊后熱處理 腐蝕
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG457.11;TG178
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 緒論11-27
• 1.1 引言11-12
• 1.2 核能研究現(xiàn)狀12-15
• 1.2.1 核聚變反應(yīng)堆研究裝置12-14
• 1.2.2 聚變反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)材料14-15
• 1.3 國內(nèi)CLAM鋼的研究現(xiàn)狀15-22
• 1.3.1 CLAM鋼成分與制備15-17
• 1.3.2 CLAM鋼的力學(xué)和物理性能17-19
• 1.3.3 CLAM鋼的焊接性研究19-22
• 1.4 CLAM鋼在液態(tài)金屬中腐蝕現(xiàn)狀研究22-26
• 1.4.1 液態(tài)鉛鉍合金簡介22-23
• 1.4.2 液態(tài)鉛鉍合金腐蝕機(jī)理及影響因素23-24
• 1.4.3 CLAM鋼液態(tài)金屬腐蝕研究進(jìn)展24-26
• 1.5 本文的研究意義及主要內(nèi)容26-27
• 第二章 試驗(yàn)材料及方法27-35
• 2.1 試驗(yàn)材料27-28
• 2.1.1 試驗(yàn)用CLAM鋼材料27-28
• 2.1.2 試驗(yàn)用鉛鉍合金28
• 2.2 試驗(yàn)裝置28-30
• 2.2.1 液態(tài)鉛鉍腐蝕試驗(yàn)裝置28-30
• 2.2.2 試驗(yàn)其他輔助設(shè)備30
• 2.3 試驗(yàn)過程及方法30-35
• 2.3.1 試驗(yàn)方案30-31
• 2.3.2 腐蝕試驗(yàn)試樣的制備31-33
• 2.3.3 液態(tài)鉛鉍腐蝕試驗(yàn)33
• 2.3.4 腐蝕后檢測樣品制備33-34
• 2.3.5 檢測分析方法34-35
• 第三章 流速對CLAM鋼焊接接頭Pb-Bi腐蝕行為的影響35-46
• 3.0 引言35
• 3.1 相對流速計算35-36
• 3.2 試驗(yàn)結(jié)果分析36-41
• 3.2.1 腐蝕試樣表面XRD分析36-38
• 3.2.2 腐蝕試樣焊縫區(qū)截面SEM和EDS分析38-40
• 3.2.3 腐蝕試樣熱影響區(qū)截面SEM和EDS分析40-41
• 3.3 動態(tài)腐蝕機(jī)理分析41-43
• 3.3.1 腐蝕過程氧化層形成機(jī)理41-43
• 3.3.2 腐蝕后期試樣失效形式43
• 3.4 流速對腐蝕過程的影響43-45
• 3.5 本章小結(jié)45-46
• 第四章 熱處理對CLAM鋼焊接接頭Pb-Bi腐蝕行為的影響46-62
• 4.1 引言46
• 4.2 熱處理溫度對試樣耐蝕性能影響分析46-54
• 4.2.1 熱處理方案制定46-47
• 4.2.2 腐蝕試樣表面XRD分析47-48
• 4.2.3 腐蝕試樣焊縫截面SEM和EDS分析48-50
• 4.2.4 腐蝕試樣熱影響區(qū)截面SEM和EDS分析50-52
• 4.2.5 熱處理溫度對腐蝕過程的影響52-54
• 4.3 回火時間對試樣耐蝕性能影響分析54-60
• 4.3.1 熱處理方案制定54
• 4.3.2 腐蝕試樣表面XRD分析54-55
• 4.3.3 腐蝕試樣焊縫截面SEM和EDS分析55-57
• 4.3.4 腐蝕試樣熱影響區(qū)截面SEM和EDS分析57-59
• 4.3.5 回火時間對腐蝕過程的影響59-60
• 4.4 本章小結(jié)60-62
• 第五章 結(jié)論與展望62-64
• 5.1 結(jié)論62-63
• 5.2 展望63-64
• 參考文獻(xiàn)64-69
• 致謝69-70
• 在讀學(xué)位期間發(fā)表的論文70

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