9Cr2WVTa低活化马氏体钢的组织调控及性能研究

摘要

低活化铁素体/马氏体钢（RAFM钢）在强的中子辐照下具有热膨胀系数和辐照肿胀系数低、热导率和几何稳定性高等优点，被认为是未来聚变堆第一壁的理想候选材料。高能中子辐照会使低活化钢组织结构和性能发生改变，从而使力学性能退化，最终导致构件的过早失效。本论文立足于晶界工程的概念，在设计、制备实验钢的基础上，利用轧制变形结合退火处理的方式对实验钢的晶界结构进行调控，研究了晶界特征分布对实验钢性能的影响，得到以下几点结论:
　　(1)固溶处理工艺对实验钢的组织和室温拉伸性能有显著影响，经1050℃保温30min固溶处理结合760℃保温90min回火处理实验钢的静力韧性和塑性最好;9Cr2WVTa低活化马氏体钢的应力因子为27，蠕变变形由位错控制。通过外推法，预测实验钢在550℃，稳态蠕变速率为10-7％/s时的蠕变极限为200MPa，与其他RAFM钢可比拟。
　　(2)通过形变热处理可以提高实验钢的特殊晶界比例和亚晶界密度，5％冷轧后在1050℃退火30min为最佳形变热处理工艺。
　　(3)晶界结构优化后的试样相比于基材试样抗拉强度提高50MPa左右，屈服强度提高40MPa左右，延伸率提高10％以上;实验钢高温蠕变性能提高，特别是550℃时275MPa条件下，实验钢的蠕变寿命提高约1倍，平均蠕变速率降低将近一个数量级，这主要是因为小角度∑1晶界能够抑制碳化物粗化，低CSL特殊晶界能够在一定程度上打断大角度晶界，有效抑制裂纹或腐蚀源的形成和沿晶界扩展。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 低活化铁素体／马氏体钢的特点与研究现状

1．1．1 低活化铁素体／马氏体钢的性能特点

1．1．2 低活化铁素体／马氏体钢的研究现状

1．1．3 低活化铁素体／马氏体钢存在的问题

1．2 晶界工程

1．2．1 晶界与晶界工程

1．2．2 晶界工程的应用

1．2．3 晶界工程的发展趋势

1．3 课题研究的目的意义

2 实验过程及方法

2．1 实验材料

2．2 实验流程

2．3 实验方法

2．3．1 固溶处理

2．3．2 冷轧结合退火处理

2．3．3 热轧结合退火处理

2．4 分析测试方法

2．4．1 DSC测试

2．4．2 金相组织观察

2．4．3 显微硬度测试

2．4．4 XRD物相分析

2．4．5 室温拉伸性能测试

2．4．6 高温蠕变性能测试

2．4．7 断口组织分析

2．4．8 电化学腐蚀性能测试

2．4．9 EBSD测试

3 9Cr2WVTa低活化马氏体钢的制备及性能研究

3．1 9Cr2WVTa低活化马氏体钢的制备

3．1．1 9Cr2WVTa低活化马氏体钢熔炼

3．1．2 9Cr2WVTa低活化马氏体钢熔炼后微观组织分析

3．2 固溶工艺对实验钢组织及性能的影响

3．2．1 固溶温度的确定

3．2．2 固溶温度和时间对实验钢微观组织的影响

3．2．3 固溶温度对实验钢显微硬度的影响

3．2．4 固溶温度对实验钢室温拉伸性能的影响

3．3 9Cr2WVTa实验钢的蠕变性能

3．4 本章小结

4 9Cr2WVTa低活化马氏体钢的晶界结构优化

4．1 9Cr2WVTa低活化马氏体钢基材晶界特征分布

4．2 冷轧结合退火对实验钢晶界特征分布的影响

4．2．1 冷轧变形量对实验钢晶界特征分布的影响

4．2．2 冷轧后退火温度对实验钢晶界特征分布的影响

4．3 热轧结合退火对实验钢晶界特征分布的影响

4．3．1 热轧变形量对实验钢晶界特征分布的影响

4．3．2 不同热轧变形量下实验钢的耐腐蚀性能

4．4 本章小结

5 晶界结构对9Cr2WVTa低活化马氏体钢力学性能的影响

5．1 晶界结构对实验钢室温拉伸性能的影响

5．1．1 室温拉伸性能分析

5．1．2 室温拉伸断口形貌分析

5．2 晶界结构对实验钢高温蠕变性能的影响

5．2．1 高温蠕变性能分析

5．2．2 高温蠕变断口形貌分析

5．3 本章小结

6 结论

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的论文和出版著作情况