【摘 要】
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低活化铁素体/马氏体钢(Reduced activation ferritic/martensitic steel,RAFM)具有优良的热物理性能,可实现吨级钢锭制备,被认为是核聚变反应堆实验包层模块的候选结构材料
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低活化铁素体/马氏体钢(Reduced activation ferritic/martensitic steel,RAFM)具有优良的热物理性能,可实现吨级钢锭制备,被认为是核聚变反应堆实验包层模块的候选结构材料。本文采用搅拌摩擦焊接(Friction stir welding,FSW)技术对厚度为5mm的RAFM钢进行焊接工艺试验,制备了成形良好、无缺陷的焊接接头。利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、电子背散射衍射(EBSD)、透射电子显微镜(TEM)等手段表征了FSW接头的微观组织,并对焊接接头显微维氏硬度、高温拉伸性能、冲击性能和抗高温蠕变性能进行了测试,探讨了焊接接头微观组织与力学性能的关系。主要结论如下:(1)采用FSW工艺可在200～400rpm焊接转速、60mm/min焊接速度和10kN轴向压力的工艺参数范围内制备高质量的RAFM钢焊接接头。(2)RAFM钢FSW接头微观组织分析结果表明,搅拌区(SZ)内含有大量板条马氏体,在板条间形成少量的残余奥氏体;热机影响区(TMAZ)和细晶热影响区(FG-HAZ)主要由板条马氏体组成,而TMAZ内晶粒尺寸较为粗大;临界热影响区(IC-HAZ)则为板条马氏体和再结晶铁素体的混合组织。(3)RAFM钢FSW接头具有较好的冲击性能、高温拉伸性能和高温抗蠕变性能。在-20℃试验温度下,焊接接头SZ的最高冲击吸收功可达24.56J,SEM观察发现冲击断口形貌表现为等轴韧窝的特征。在600℃试验温度下,接头的抗拉强度与母材相当,其延伸率在11.5～25.5%之间。并且在600℃/200MPa条件下,接头蠕变断裂时间为1173.8h,蠕变断裂位置发生在FSW接头前进侧热影响区(AS-HAZ)。(4)RAFM钢FSW接头SZ的高温拉伸强度得到明显的提高,在600℃下的抗拉强度比母材高150～230MPa以上,但其延伸率降低至10～15.5%之间。同时,SZ的抗高温蠕变性能良好,在600℃/240MPa条件下的蠕变断裂时间长达4968h。回火处理可使FSW接头SZ的冲击韧性和延伸率均得到提高,但其高温抗拉强度和蠕变断裂时间分别降低至500～525MPa和1319h。
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