本文關(guān)鍵詞：中國(guó)低活化馬氏體鋼高溫?zé)釙r(shí)效行為與力學(xué)性能退化機(jī)理研究

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【摘要】：聚變堆包層候選結(jié)構(gòu)材料低活化鐵素體/馬氏體鋼(Reduce Activation Ferritic/Martensitic,RAFM)服役溫度上限為550℃,長(zhǎng)期服役時(shí)其顯微組織將逐漸發(fā)生變化并導(dǎo)致力學(xué)性能退化,最終影響部件的使用安全性。中國(guó)低活化馬氏體鋼(China Low Activation Martensitic steel,CLAM)作為世界三大低活化鋼之一,是中國(guó)ITER測(cè)試包層模塊的首選結(jié)構(gòu)材料,其高溫?zé)岱�(wěn)定性是影響CLAM鋼服役安全性的重要因素之一,也關(guān)系到CLAM鋼最終能否實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用。同時(shí)高溫?zé)釙r(shí)效過程中組織性能退化機(jī)理研究,對(duì)CLAM鋼組織成分優(yōu)化和熱穩(wěn)定性改進(jìn)具有重要理論指導(dǎo)意義。本論文主要針對(duì)中國(guó)ITER測(cè)試包層模塊服役過程中的溫度工況,開展CLAM鋼高溫?zé)釙r(shí)效行為研究。首先,本文研究了 CLAM鋼在550 ℃時(shí)效后室溫拉伸和沖擊性能,分析了時(shí)效過程中其微觀組織演變以及拉伸沖擊性能退化規(guī)律。研究表明時(shí)效過程中CLAM鋼第二相數(shù)量密度先增加后減小,而尺寸不斷增加。動(dòng)力學(xué)分析結(jié)果顯示Laves相在時(shí)效20,000 h前長(zhǎng)大速率是相同狀態(tài)下M23C6的70倍,TaC顆粒的130倍。CLAM鋼時(shí)效過程中馬氏體板條逐漸退化為亞晶,原奧氏體晶粒不斷粗化,單位面積的晶界長(zhǎng)度逐漸減小。CLAM鋼時(shí)效過程中其拉伸性能總體變化不大,但韌脆轉(zhuǎn)變溫度變化明顯。時(shí)效20,000 h后DBTT從未時(shí)效的-90.2 ℃上升至-37.5 ℃。通過對(duì)CLAM鋼斷裂模型分析得到550 ℃時(shí)效過程中,晶界對(duì)CLAM鋼斷裂起主導(dǎo)作用。因此,細(xì)化晶粒是提高時(shí)效前后CLAM鋼韌性、降低DBTT的有效途徑之一。其次,本文研究了 550 ℃熱時(shí)效對(duì)CLAM鋼高溫拉伸和蠕變的影響,分析了時(shí)效后材料高溫拉伸以及蠕變性能變化機(jī)理。研究表明550 ℃時(shí)效對(duì)CLAM鋼高溫強(qiáng)度影響并不顯著,而其蠕變性能隨著時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸下降。時(shí)效前CLAM鋼的最小蠕變速率和蠕變斷裂時(shí)間分別為3.61 × 104 s-1和202 h,時(shí)效4,000 h后其數(shù)值分別為6.84× 104 s-1和111 h。微觀分析結(jié)果表明,蠕變后馬氏體板條粗化、第二相數(shù)量和尺寸增加。通過計(jì)算分析得到時(shí)效過程中CLAM鋼基體內(nèi)固溶的溶質(zhì)原子數(shù)量逐漸減小可能是導(dǎo)致其蠕變速率增加的原因。相關(guān)研究對(duì)CLAM鋼組織優(yōu)化以及提高其蠕變性能具有重要意義。最后,本文基于不同時(shí)效溫度(550 ℃、600 ℃和650 ℃)下CLAM鋼時(shí)效行為結(jié)果,采用Arrhenius模型,建立加速模擬CLAM熱時(shí)效模型。研究表明高溫可有效加速CLAM鋼時(shí)效過程的晶粒粗化、第二相演化以及DBTT升高。斷裂模型計(jì)算分析結(jié)果表明:550 ℃、600 ℃和650 ℃時(shí)效8,000 h過程中引起DBTT變化的主要因素是晶粒粗化。以Arrhenius模型為基礎(chǔ)建立了CLAM鋼不同溫度熱時(shí)效后DBTT之間的聯(lián)系,并得到DBTT與時(shí)效程度D的數(shù)學(xué)關(guān)系式:DBTT=DBTT0+70D-223,利用CLAM鋼高溫加速時(shí)效模型,通過高溫短時(shí)時(shí)效來模擬低溫長(zhǎng)時(shí)時(shí)效,降低時(shí)間和經(jīng)費(fèi)成本從理論上是可行的。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TL627

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