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随着国际热核聚变实验堆(ITER)研究工作的推进,TBM的研制工作尤为紧迫,国内外相继开展了不同焊接方法的研究。中国低活化马氏体(CLAM)钢,被选作是中国液态锂铅实验包层模块(DFLL-TBM)的首选结构材料。本论文主要针对CLAM钢电子束焊接接头性能展开研究。目前普遍存在的问题是焊缝硬度高、强度高、塑性差,焊后应力大,导致接头承载能力下降。为此,本论文开展了以下三个方面工作,以获得综合性能优良的接头,并应用于TBM的研制中。
1)开展了焊接接头中母材和热影响区连续冷却转变行为研究,获得了CLAM钢母材以及热影响区的连续冷却转变(CCT)图,获得了CLAM钢母材以及焊接热影响区的连续冷却转变(CCT)图,通过对该图的分析可以看出,图中存在铁素体转变区和马氏体转变区。微观组织显示铁素体组织呈等轴状,马氏体组织为板条状,冷却速度对板条形态影响不明显。CLAM钢母材获得铁素体组织的临界冷却速度为10-12℃/min,Ac1、Ac3温度分别为851℃、920℃。焊接热影响区获得铁素体的临界冷却速度为60℃/min,组织中未发现高温δ-铁素体组织,Ac1、Ac3温度分别为862℃,922℃。
2)开展了CLAM钢电子束焊接接头微观组织以及性能研究,焊缝为典型的板条马氏体+δ-铁素体双相组织,硬度为母材的两倍,冲击吸收功仅为母材的13%,典型的脆断断裂,焊缝中淬硬组织和δ-铁素体组织的存在可能是导致焊接脆断的主要原因。
3)在此基础上对焊接接头开展了一系列的焊后热处理工艺研究,并进行了优化以达到改善接头整体性能的目的。综合考虑强韧性,焊后热处理温度为~760℃,冲击韧性可以达到母材的19%,屈服强度和抗拉强度值为分别为母材的82%和90%,是一步法中的优选的热处理参数;为了进一步提高接头的性能,将接头完全奥氏体化后,分别进行了720℃、740℃、760℃回火处理,740℃回火条件是两步法焊后热处理中优选的热处理参数,同时该条件下焊缝具有较高的冲击韧性,达到了母材的80%。980℃正火,740℃回火可以获得综合强韧性较好的焊接接头。