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低活化马氏体铁素体钢(RAFM钢)以其优良性能,被普遍认为是未来聚变示范堆首选结构材料,中国低活化马氏体钢(CLAM钢)是具有中国自主知识产权低活化铁素体/马氏体钢。目前,CLAM钢焊接方向研究局限于焊接方法选择以及焊接工艺优化,定性的研究了不同热循环条件下CLAM钢焊接接头的显微组织等。尚缺乏在焊接热循环条件下组织的定量研究,同样的,CLAM钢液态锂铅耐腐蚀性能研究目前局限于其回火状态,焊态CALM钢液态锂铅耐腐蚀性能也需要进一步研究。
本文利用焊接热模拟的参数任意可调性,对CLAM钢进行TIG焊焊接热模拟试验。研究了焊接接头处,焊接过程中受热峰值温度在1400℃左右,综合性能较差的焊接过热区(CGHAZ)的显微组织与性能,并建立了SH-CCT曲线。CIAM钢基体组织为马氏体和铁素体组织,随着热循环冷却时长的增加,晶粒逐步长大,碳化物弥散析出,铁素体量逐步增加。CLAM钢焊接AC3、AC,、Ms转变温度分别为978℃、915℃、430℃;当T8/5为136s、250s、500s、1000s、1500s时,铁素体含量分别约为4%、7%、7%、8%、13%;CLAM钢焊接线能量处于10KJ/cm-16KJ/cm范围内,CGHAZ具有较好冲击性能。双层焊工艺会导致更为严重的delta铁素体析出。CLAM钢经单层焊接热模拟并进行回火处理,金相分析显示,较高的回火温度,会引起晶粒的显著长大。随着回火的温度的增加,试样硬度值降低至200HV左右后趋于稳定。
腐蚀研究显示在腐蚀温度550℃、液态锂铅流速0m/s(静态);腐蚀温度480℃、液态锂铅流速0.08m/s(动态)工况下,CLAM钢焊接接头内部无锂铅渗透,表面腐蚀均匀。焊态下CLAM钢耐腐蚀性能远低于回火态,焊缝区粗大的马氏体板条会导致更高的腐蚀量。静态工况条件下,500h试样失重为0.272mg/cm2(0.31μn),1000h试样失重为0.403mg/cm2(0.45μm);动态工况下,500h、1000h腐蚀失重分别为0.491mg/cm2(0.55μm),0.641mg/cm2(0.72μm),腐蚀速率随腐蚀时间的延长而有所下降。静态、动态工况条件下CLAM钢焊接接头腐蚀表面的元素组成有所差异,Cr元素的存在形式对于焊接接头耐腐蚀性有较大影响,当焊缝区马氏体板条与腐蚀表面呈小角度角时易成为易腐蚀区域,易腐蚀区域为马氏体板条贫铬区域,呈条状分布。分析认为易腐蚀区域的存在是导致腐蚀过程中,前期、后期腐蚀速度不同的原因之一。本文据此提出了焊接接头易腐蚀模型(ECAModel)和分析方法。焊接接头特别是焊缝区域是核聚变固态包壁耐腐蚀防护的重点区域。