CLAM/15-15Ti异种钢焊接接头微观组织与性能研究

摘要

包壳管与端塞是反应堆芯的重要组成部分，包壳管与端塞的焊接质量是影响反应堆安全运行的重要因素。15-15T1不锈钢具有优良的高温力学性能、抗辐照和抗液态铅合金腐蚀性能，被选为中国铅基反应堆的燃料元件包壳材料。CLAM钢在辐照环境下具有结构稳定性好、强度高的优点，可以防止铅基反应堆包壳管因振动疲劳导致的过早失效，是下端塞理想的候选结构材料。这将涉及到CLAM/15-15T1异种钢的焊接。本文采用TIG焊不填丝技术对CLAM/15-15T1异种钢进行焊接，分析了接头热处理前后的显微组织与力学性能，开展了500℃长达1500h的高温时效实验。主要结果如下:
　　CLAM钢熔合区出现连续的δ铁素体，硬度较低，完全淬火区为马氏体组织，不完全淬火区为细小的马氏体和铁素体混合组织，含有少量析出物;焊缝为马氏体和少量铁素体的混合组织，基本没有析出物，硬度最高;15-15T1不锈钢侧热影响区为奥氏体组织，硬度最低。接头拉伸断裂于15-15T1不锈钢热影响区。
　　随着热处理温度升高，CLAM钢侧硬度逐渐降低，熔合区δ铁素体边界M23C66增多，完全淬火区和不完全淬火区晶界M23C6尺寸增大，晶内MX相数量减少;焊缝马氏体板条发生细化，硬度的先降低后升高，焊缝内部发现M23C6、Ni3Mo、Mo2C三种析出物;15-15T1不锈钢熔合区晶界析出物先增多后减少，热影响区硬度变化不明显。680℃热处理后接头拉断裂于15-15T1不锈钢侧，720℃以上热处理后接头断裂于CLAM钢侧，屈服强度均是先升高后降低。
　　500℃500h时效后，焊缝组织中出现了96％逆变的奥氏体，随着时效时间的延长，逆变奥氏体逐渐减少，时效1500h后奥氏体含量为0.43％，焊缝硬度逐渐降低;CLAM钢侧碳化物逐渐增多，完全淬火区硬度逐渐降低，不完全淬火区整体呈升高趋势;15-15T1不锈钢碳化物逐渐增多，硬度逐渐升高。拉伸断口均断裂于15-15T1不锈钢热影响区。

目录

声明

摘要

1．1 背景

1．2 铅基反应堆包壳材料研究现状

1．2．1 包壳材料的选择

1．2．2 包壳管加工与组装

1．3 奥氏体／铁素体(马氏体)异种钢焊接的现状

1．4 研究目的与内容

2．1 引言

2．2 试验材料

2．2．1 成分及性能

2．2．2 母材组织

2．3 试验设备与方法

2．3．1 焊接设备

2．3．2 焊接工艺

2．3．3 焊后热处理工艺

2．3．4 高温时效

2．4 焊接接头力学性能测试

2．4．1 硬度测试

2．4．2 拉伸测试

2．5 组织物相测定与观察方法

2．5．1 X射线衍射(XRD)测试方法

2．5．2 光学显徽镜观察方法

2．5．3 扫描电子显徽镜(SEM)分析

2．5．4 背散射电子衍射(EBSD)分析

2．5．5 透射电子显微镜(TEM)分析

2．6 本章小结

第3章 热处理前后焊接接头显微组织与力学性能

3．1 引言

3．2 焊接接头的宏观形貌

3．3 焊接接头显微组织

3．3．1 焊态接头显微组织

3．3．2 15-15Ti不锈钢侧热影响区显微组织

3．3．3 热处理后焊接接头显微组织

3．3．4 CLAM钢侧热影响区组织

3．3．5 15-15Ti不锈钢侧热影响区组织

3．4 热处理对力学性能的影响

3．4．1 接头的硬度分布

3．4．2 接头拉伸性能

3．5 本章小结

第4章 时效对接头显微组织和力学性能的影响

4．1 引言

4．2 时效对接头显微组织的影响

4．2．1 焊缝显微组织

4．2．2 CLAM钢侧热影响区显微组织

4．2．3 15-15Ti不锈钢侧显微组织

4．3 时效对接头力学性能的影响

4．3．1 接头硬度分布

4．3．2 接头拉伸性能

4．4 本章小结

结论

展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢