论文部分内容阅读
包壳与端塞焊接是我国钠冷快堆堆芯组件制造的重要组成部分。15Cr-15Ni含Ti单相奥氏体不锈钢(15-15Ti),具有良好的高温强度、耐腐蚀性能以及辐照性能,是我国钠冷快堆燃料主要候选包壳材料。该材料在焊接时易出现焊接热裂纹和晶间腐蚀等问题,且目前与其相匹配的端塞材料尚未实现国产化应用。本文针对15-15Ti奥氏体不锈钢焊接中容易出现的问题,在现有文献和资料基础上,设计一种与之相匹配的含Nb、Si的16Cr-15Ni改进型奥氏体不锈钢(16-15NbSi)作为端塞材料,采用氩弧焊(TIG)将6组不同合金成分的16Cr-15Ni与15-15Ti进行自熔焊接,并研究Nb、C、Si含量对焊接接头时效前后组织性能的影响,考察焊接接头的热裂纹敏感性和晶间腐蚀性能,对确定端塞的合金成分范围,实现端塞材料的国产化具有重要意义。本文研究工作与成果如下:(1)采用Thermo-Calc软件对设计的6组16-15NbSi合金成分进行热力学平衡相图计算。结果表明,随着Nb元素的增加,NbC由从γ相中析出,转变为直接从液相中析出。C含量的增加可促进NbC的形成,Si元素可扩大Laves相的析出温度区间,降低σ相的析出温度和析出量。(2)对时效前后焊接接头组织性能进行分析可知,随Nb元素和C元素含量增加,NbC析出量和尺寸均增加,Si元素含量增加使晶界处析出相的析出现象更为显著。时效后焊接接头组织中Nb、C含量较低时NbC析出相的析出量和尺寸几乎无变化,当Nb和C含量分别达到0.9wt.%和0.09wt.%时焊缝组织中析出相尺寸长大严重。时效前后焊接接头的拉伸性能几乎没有变化,其中,0.6wt.%Nb、0.03wt.%C和0.09wt.%C时焊接接头具有较高的抗拉强度和延伸率。时效后焊接接头硬度与时效前相比略有下降,且6组焊接接头中,只有0.6wt.%Nb、0.03wt.%C时效前后焊缝硬度均高于母材硬度。(3)6组焊接接头在热裂纹敏感性试验中未发现裂纹。晶间腐蚀试验中,只有0.6wt.%Nb和0.09wt.%C时发生了晶间腐蚀开裂,其余5组均未发现晶间腐蚀倾向。(4)综合焊接接头时效前后的组织性能,优选出端塞的最佳合金成分范围为:C含量0.02-0.04wt.%,Nb含量0.5wt.%-0.7wt.%,硅含量小于0.4wt.%.