CLAM钢的热变形行为及热加工图

利用Gleeble-3500热模拟试验机对中国低活化马氏体（CLAM）钢进行热模拟压缩试验,研究变形温度为950～1150 ℃、应变速率为0.01～5 s^-1和真应变为1.2条件下的热变形行为。建立了CLAM钢的本构方程,绘制了热加工图,并采用Leica-DMI5000M金相显微镜观察了CLAM钢在热加工稳定区和失稳区的变形条件下的微观组织。结果表明：在较高变形温度和较低应变速率条件下的主要变形机制是动态再结晶;在较低温度和较高应变速率下主要发生动态回复;应避免的失稳区存在于较低变形温度和较高应变速率区域。对比分析热加工图和变形后的组织得到最佳热加工工艺参数为变形温度955～1035 ℃、应变速率0.03～0.32 s^-1,在此条件下,功率耗散率大于36%。     

低活化马氏体钢限制性模压织构演化行为及力学性能研究

利用低活化马氏体钢在500、600 ℃下进行了多道次限制性模压(CGP)实验,研究了不同温度下变形道次对其显微组织和力学性能的影响。结果表明：经3道次CGP变形后,低活化马氏体钢的平均晶粒尺寸从初始回火态的1.37 μm细化到0.88 μm;马氏体中形成了明显的（121）［012］、（011）［111］、（101）［111］织构,同时有（213）［111］织构出现,{112}{111}面织构的出现有效提升了材料的拉伸性能;铁素体中出现（012）［021］织构和明显的{013}〈113〉织构;抗拉强度与硬度显著上升,延伸率小幅降低。500 ℃下,抗拉强度经过1道次CGP变形后从初始态的586.31 MPa提升至693.01 MPa,3道次后又略下降至689.74 MPa;延伸率从初始态的18.59%降至12.13%。600 ℃下,抗拉强度经过1道次CGP变形后提升至685.97 MPa,3道次CGP变形后又略下降至679.30 MPa;延伸率降至15.62%。上述结果证明,CGP变形是提升低活化钢板力学性能的有效方法之一。     

硅对低活化马氏体钢电子辐照行为的影响

利用超高压透射电子显微镜研究了两种成分的低活化马氏体钢(CLAM钢)的辐照损伤行为。结果表明：电子辐照能在未添加硅的CLAM钢中产生辐照空洞;在450℃下辐照至14dpa时,空洞数密度约为8.7×10²¹m^－3,辐照肿胀率约为0.26％;在450℃下的辐照肿胀率明显比500℃下的高;当损伤率为2×10^－3dpa/s时,添加合金元素硅能显著提高CLAM钢的抗辐照肿胀能力,未在添加硅的CLAM钢中实验观察到辐照空洞的形成。在450℃下进行辐照时,添加硅的CLAM钢出现明显的辐照共格析出现象。     

低活化马氏体钢的微观结构与力学性能

介绍了作为聚变反应堆候选结构材料的低活化马氏体钢的基本设计思路,初步确定了材料的化学成分和热处理工艺,研究了材料的冶金特性、微观组织和力学性能.同时,对比了添加少量钇和硅对材料性能的影响,发现添加硅可以提高材料强度,同时能保证材料具有足够的塑性和韧性;钇的添加对改善材料的塑性很有帮助,但是会使材料强度降低.     

7AXX铝合金在热压缩状态下的流变行为

研究7AXX铝合金在热变形过程中的流变行为对于提高专用设备锻件综合性能、避免材料热开裂有重要意义。本文利用Gleeble-3500热模拟试验机在变形温度360～460 ℃、应变速率0.001～1 s^-1的条件下,对7AXX铝合金铸锭进行高温压缩实验,研究了热压缩状态下温度和应变速率对该合金流变行为的影响程度,拟合得到了含Zener-Hollomon参数的7AXX铝合金流变应力表达式,建立了基于双曲正弦关系的合金热变形本构方程及热加工图。结果显示,变形温度及应变速率对7AXX铝合金的流变行为有显著影响。合金的流变应力随温度的升高而降低,随应变速率的增加而增加。合金在热压缩过程中的应力指数为3.21,热激活能为137.31 kJ/mol。变形温度385～450 ℃、应变速率0.01～0.1 s^-1是适用于7AXX铝合金的热加工条件范围。     

聚变堆低活化马氏体钢的发展

介绍了国际聚变堆低活化结构材料发展概况及趋势,以及国内发展自己特有的低活化马氏体钢的必要性。介绍了聚变堆结构材料——低活化铁素体/马氏体钢发展的必要性及迫切性,以及目前国际上包括欧洲、日本、美国等在此方面研究的进展概况及发展趋势,最后提出了国内发展自己特有的低活化马氏体钢——CLAM钢的必要性,并对目前的研究进展情况做了介绍。     

钇对9Cr-2WVTa低活化马氏体钢力学性能的影响

研究了稀土合金元素钇对聚变堆用低活化马氏体钢9Cr-2WVTa力学性能的影响,分析了钇在低活化马氏体钢中的冶金行为.研究结果表明,钇元素容易在钢中聚集形成富钇的块状夹杂,割裂了基体的连续性,容易破裂形成微孔;轧板中这些富钇块夹杂沿着轧制方向成条线状分布,使得在拉伸和冲击断裂时出现断口分层现象,降低了钢的力学性能.     

中国低活化马氏体钢CLAM研究进展

低活化铁素体/马氏体钢(RAFM钢)被普遍认为是未来聚变示范堆和聚变动力堆的首选结构材料。国际上给予了高度重视,许多国家都在研发其特有的RAFM钢。中科院等离子体物理研究所在与国内外多家单位的合作下发展了中国低活化马氏体钢———CLAM。本文总结了CLAM钢研制发展的主要进展,包括其成分优化设计、冶炼加工制备工艺、物理性能、机械性能、辐照性能及与液态LiPb的相容性等测试与研究以及各种焊接工艺研究等,并对今后的发展方向进行了展望。     

硅对9Cr-1.5WVTa低活化马氏体钢力学性能的影响

基于中国正在研究的聚变堆用9Cr-1.5WVTa低活化马氏体钢(CLAM钢),研究了添加合金元素硅对CLAM钢力学性能的影响。结果表明,添加0.2%Si使得CLAM钢的抗拉强度和屈服强度明显提高,钢的塑性和冲击韧性同时也得到一定提高,其中,韧脆转变温度(DBTT)由-13℃降至-30℃。未添加和添加0.29%Si的CLAM钢均为全马氏体组织,无δ铁素体存在。硅的添加使得9Cr-1.5WVTaSi钢的晶粒细化,从而提高了钢的拉伸和冲击性能。     

中国低活化马氏体钢在电子辐照下产生位错环的原位观察

高流强的中子辐照在结构材料内部产生严重的级联离位损伤,使得材料性能下降,而辐照缺陷是聚变堆材料性能下降的根本原因.为了研究结构材料在高辐照剂量下的损伤机理,针对中国低活化马氏体钢(CLAM钢),通过使用高能电子辐照来模拟中子对材料造成的高剂量辐照损伤,并对微观结构进行原位观察.进行了辐照下产生的位错环随辐照剂量的演化过程的观察,并分析了位错环浓度和尺寸随辐照剂量和温度的变化规律.     

Hot Deformation Behavior and Physically Based Constitutive Modeling of Low Activation Martensitic Steel

The hot-deformation behaviors of low activation martensitic steel were investigated in temperature range of 850-950 ℃ and strain rate range of 0.001-1 s^-1 by Gleeble-3500 thermal simulation machine. The constitutive equation was established and its predictive ability of flow behaviors was evaluated. Hot processing maps of low activation martensitic steel at different strains were established. The results show that the material exhibits the characteristics of dynamic recrystallization at higher deformation temperature and lower strain rate. The prediction results of constitutive equation are in good agreement with the experimental results. The optimal parameter combinations for hot processing at true strain of 0.4 and 0.6 are determined as the interval of temperature of 870-930 ℃ and strain rate of 0.001-0.01 s^-1, and the interval of temperature of 920-950 ℃ and strain rate of 0.3-0.1 s^-1, respectively.     

硅对CLAM钢微观结构和力学性能的影响

文章研究了合金元素硅对CLAM钢的力学性能和微观结构的影响。实验表明,在CLAM钢中添加0.2％的Si会使其屈服强度和抗拉强度明显提高,同时使CLAM钢的韧脆转变温度升高,韧性降低。在光学显微镜下观察,CLAM钢呈现回火马氏体组织,Si的添加使奥氏体晶粒细化,致使CLAM钢的强度升高、韧性降低。在透射电子显微镜下观察,回火板条马氏体是其主要结构,存在针状和颗粒状两种形态的碳化物;利用透射电子显微镜选区衍射方法可知,呈颗粒状的碳化物是M23C6型碳化物。Si的添加使马氏体板条的宽度变小。     

9Cr3W低活性马氏体钢微观组织及力学性能的初步研究

通过提高W含量,调整V、Ta、Ti、N等微合金元素含量,设计了9Cr3W型低活性马氏体钢。研究了该钢的微观组织结构与硬化、时效及相转变行为,对其进行了拉伸性能和冲击韧性测试。与Eurofer97钢相比,该钢表现出优良的高温拉伸性能。分析了9Cr3W钢用作超临界水堆堆芯内部件及包壳材料的可行性,其高温力学性能远优于Zr合金包壳材料;拉伸性能与T91钢相当,且韧脆转变温度低于T91钢,冲击吸收功上限高于T91钢,具有优良的冲击韧性;9Cr3W钢的高温瞬时强度低于奥氏体316不锈钢,成为制约其用于超临界水堆堆芯内部件及包壳的因素之一。     

Fatigue Life Assessment Based on Crack Growth Behavior in Reduced Activation Ferritic/Martensitic Steel

Crack growth behavior under low cycle fatigue in reduced activation ferritic/martensitic steel, F82H IEA-heat (Fe-8Cr-2W-0.2V-0.02Ta), was investigated to improve the fatigue life assessment method of fusion reactor structural material. Low cycle fatigue test was carried out at room temperature in air at a total strain range of 0.4–1.5% using an hourglass-type miniature fatigue specimen. The relationship between the surface crack length and life fraction was described using one equation independent of the total strain range. Therefore, the fatigue life and residual life could be estimated using the surface crack length. Moreover, the microcrack initiation life could be estimated using the total strain range if there was a one-to-one correspondence between the total strain range and number of cycles to failure. The crack growth rate could be estimated using the total strain range and surface crack length by introducing the concept of the normalized crack growth rate.     

注氘低活化马氏体钢在电子辐照下的缺陷行为

低活化铁素体/马氏体(RAFM)钢被视为国际热核聚变反应堆以及聚变反应堆的第1壁候选结构材料之一,很多国家均在研究不同的RAFM钢,中国低活化马氏体(CLAM)钢的研究亦正在进行。核聚变会产生氢、氦、氘及氚,这些气体元素与辐照缺陷结合在一起,对材料的辐照性能会产生较大影响。本文对注氘后不同温度下的辐照后微观结构进行研究。试验利用日本北海道大学的JEOL-1300高压电子显微镜研究注氘CLAM钢从室温到873K在1250keV电子辐照下的微观结构变化。研究结果表明,在电子辐照下,注氘产生的缺陷团会出现消失和长大两种现象,意味着间隙型与空位型位错环在注氘过程中同时产生。并研究了注氘产生的空洞。