【摘 要】
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高铬铁素体/马氏体钢由于具有较低的热膨胀系数、较高的热导率、良好的高温抗中子辐照能力、较好的高温强度及耐腐蚀性,被认为是未来第四代核反应堆燃料包壳和堆芯材料的候选
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高铬铁素体/马氏体钢由于具有较低的热膨胀系数、较高的热导率、良好的高温抗中子辐照能力、较好的高温强度及耐腐蚀性,被认为是未来第四代核反应堆燃料包壳和堆芯材料的候选材料之一。11Cr3W3Co钢是一种实验室研发的高铬铁素体/马氏体钢,期望的使用温度可高达650℃。但是在四代堆的运行温度区间内,11Cr3W3Co钢的力学行为极易受动态应变时效的影响,出现锯齿流变现象,所以对11Cr3W3Co钢的锯齿研究极为重要。与此同时,析出相的特种决定着材料的蠕变性能强弱,所以对11Cr3W3Co钢在不同温度下回火出现的析出相研究也是尤为重要。本次研究主要分为两部分:一部分是对11Cr3W3Co钢锯齿流变行为的研究,另一部分是对11Cr3W3Co钢不同回火温度下析出相的研究。第一部分:当应变速率在2×10-5 s-12×10-44 s-1范围内以及不同温度(25700℃)条件下,我们对标准热处理态11Cr3W3Co钢进行不同条件的拉伸试验,分析了不同温度下出现的锯齿流变。结果表明:在285325℃温度区间出现正常PLC效应,计算的锯齿形成激活能约为124 KJ/mol,引起锯齿流变主要原因是固溶的置换原子Cr与运动位错之间的相互作用。在325365℃温度区间出现异常PLC效应,主要原因包括以下两个方面:一方面是由于随着拉伸温度升高溶质原子扩散速率增加以至于原子气团不能稳定存在,导致动态应变时效作用减弱;另一方面是因为随着温度升高,析出相开始成为溶质原子的湮没源,使得锯齿逐渐消失。在高温下,11Cr3W3Co钢强度急剧降低,塑性急剧升高,意味着动态回复在塑性变形过程中起到主要的作用。第二部分:为了研究11Cr3W3Co钢力学性能和组织的变化规律,我们通过调整不同的热处理工艺参数来观察实验结果。实验结果表明,11Cr3W3Co钢的强度随回火温度的增高而缓慢降低,在300550℃出现平台,并在550℃出现二次硬化;回火温度超过600℃后,强度快速下降。11Cr3W3Co钢经过不同热处理后均发现有大量的δ铁素体,高温回火后,在δ铁素体与马氏体的界面处形成80100 nm宽的M23C6碳化物析出带;晶界处的析出带极易造成应力集中,进而使得样品在拉伸过程中产生微裂纹而过早断裂。在250℃温度下回火,11Cr3W3Co钢基体中发现有MX相;在550℃回火时,出现的‘二次硬化’可能是由大量的弥散W2C析出相造成的;回火温度高于600℃时,11Cr3W3Co钢中的析出相尺寸开始增大并且数量开始增多,同时11Cr3W3Co钢在该温度下发生回复使得强度降低,这是由于高密度的位错在高温下形成了一种位错胞结构,使得整体的位错密度下降。
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