【摘 要】
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本文针对核聚变包层模块候选结构材料低活化铁素体/马氏体钢（Reduced-activation ferritic-martensitic steels RAFM）和 316L 奥 氏体不锈钢的异种搅拌摩擦焊接工艺（Friction stir welding,FSW）进行了研究,获得了成型良好、无缺陷的接头。利用光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、X射线衍射（XRD）表征和分
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本文针对核聚变包层模块候选结构材料低活化铁素体/马氏体钢（Reduced-activation ferritic-martensitic steels RAFM）和 316L 奥 氏体不锈钢的异种搅拌摩擦焊接工艺（Friction stir welding,FSW）进行了研究,获得了成型良好、无缺陷的接头。利用光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、X射线衍射（XRD）表征和分析了焊接接头微观组织特征,并对接头进行了硬度、拉伸、冲击和高温蠕变等性能实验。探讨了 RAFM-316L异种接头的焊接工艺、组织转变以及力学性能之间的关系。采用400rpm、100mm/min的焊接参数可以得到没有缺陷的接头,300rpm、75mm/min的焊接参数仅在316L置于前进侧（AS）、RAFM置于后退侧（RS）的情况下可以得到没有缺陷的接头。焊接接头RAFM钢侧的热影响区（HAZ）、热机影响区（TMAZ）和搅拌区（SZ）的组织主要为马氏体,TEM结果表明在SZ中RAFM-316L结合界面附近形成由马氏体、铁素体和奥氏体构成的多相组织。316L侧SZ发生再结晶现象,为单相奥氏体组织。SZ中,RAFM和316L混合界面形成良好的冶金结合,焊接接头抗拉强度与316L相当。RAFM侧的母材（BM）中存在析出相M23C6,随着焊接热输入的增加,RAFM侧 HAZ（RAFM-HAZ）中的 M23C6 开始减少,至 RAFM-SZ 中（RAFM-SZ）,M23C6基本全部溶解消失。RAFM-SZ中存在细小的MX、M3C相,这些细小析出相的存在对位错起到一定的钉扎作用。RAFM-316L异种接头-40℃冲击实验表明RAFM-HAZ的冲击吸收功最低（15.809J）。蠕变试验中,断裂位置都位于RAFM-HAZ,600℃、100MPa下的接头蠕变寿命可达1941h。发生蠕变断裂的原因有两个。第一,蠕变过程中,RAFM-HAZ中有Laves相生成,同时还有M23C6存在,析出相的粗化是导致蠕变断裂的原因之一。第二,RAFM-HAZ的组织蠕变后转变为铁素体,HAZ发生明显的软化现象,导致RAFM-HAZ强度降低,最终在该区域发生蠕变断裂。FSW过程中产生的热输入不同会影响接头蠕变寿命,热输入越高,蠕变寿命越低。SZ中当奥氏体基体中存在少量马氏体,在蠕变过程中有开裂的风险,将RAFM置于AS侧时,SZ中形成被马氏体包围的少量奥氏体,则大大降低SZ开裂的风险,同时这种接头模式下,蠕变寿命也能显著提高。
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