9Cr2WVTa钢电子束焊接接头力学性能和高温氧化行为研究

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核废料的处置问题制约着核电的发展,加速器驱动次临界系统(AcceleratorDriven Subcritical System,ADS)是目前公认的实现核废料清洁处理的理想方法。低活化铁素体/马氏体钢(RAFM)由于具有优异的热物理特性、力学性能和较好的抗辐照肿胀性能,被认为是未来ADS系统重要的候选结构材料之一。ADS系统结构复杂,这使得焊接将成为ADS系统结构部件组装的重要手段,因此,研究低活化铁素体/马氏体钢的焊接将为其最终应用于ADS系统奠定基础。电子束焊接具有焊接精度高、热影响区小等优点,在低活化铁素体/马氏体钢的焊接中具有一定的应用前景。本文以一种低活化铁素体/马氏体钢9Cr2WVTa为对象,研究电子束焊接后接头组织和力学性能,评价其电子束焊接性,同时对焊接接头高温氧化性能进行初步探索,研究材料的显微组织对焊接接头高温氧化性能的影响,为进一步研究奠定基础。  9Cr2WVTa钢电子束焊接接头外形美观,焊缝成形性良好,X射线探伤结果表明,焊接接头中无气孔、裂纹等焊接缺陷。9Cr2WVTa钢室温组织为回火马氏体,电子束焊接后,焊缝组织由粗大的板条马氏体和少量δ铁素体组成,焊缝中主要合金元素和微量杂质元素分布均匀,未发现明显偏析。焊缝组织无明显织构。  对焊接接头进行高温回火处理,研究了回火对焊接接头组织和力学性能的影响。结果表明,焊态下,焊缝中合金元素以固溶形式存在,马氏体板条中位错密度高,位错缠结,使得焊缝金属表现出明显的硬化现象,其强度、硬度远高于母材,但冲击韧性和断裂韧性显著恶化;高温回火后,随回火温度升高,焊缝金属强度、硬度逐渐下降,延伸率上升,同时冲击功和断裂韧性值显著提高,研究发现焊缝金属在较低温度回火时,其冲击韧性高于母材,这可能与焊缝中少量δ铁素体起到了韧化作用有关。  通过比较焊缝金属和母材在650℃空气中的高温氧化行为,研究了不同组织对高温氧化行为的影响。结果表明,随氧化时间延长,焊缝金属和母材的氧化产物均为(Fe,Cr)2O3,但母材表面氧化膜更厚。采用XPS和EPMA对氧化膜元素进行分析,发现相对于母材氧化膜,焊缝金属氧化膜中Cr的相对含量较高,使得焊缝金属具有更好的抗氧化性能。
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