中国低活化马氏体钢的焊接及其焊件在液态锂铅中的腐蚀行为

针对中国具有自主知识产权的聚变堆低活化马氏体（CLAM）钢,研究其熔焊过程的基础冶金特性问题。通过热模拟和实际焊接相结合的方法研究焊接热循环下焊接接头中元素再分配机制，揭示焊接热循环对接头微观组织、析出相的形成机制及其形态、尺寸和分布的影响规律，特别是Laves和δ相的形成规律和机制，并提出抑制有害析出相生成的方法；焊接接头是腐蚀行为最复杂的区域，针对作为聚变堆包层氚增殖剂和载热剂的液态金属锂铅，研究CLAM钢焊接接头在该介质中的腐蚀规律和机制。通过研究焊接接头微观组织、焊接残余应力及分布对接头耐蚀性的影响，进而研究焊接热循环对焊件高温腐蚀性能的影响规律及其发挥影响的作用机制，掌握CLAM钢焊接接头在未来液态锂铅包层中腐蚀行为。本项目的研究工作将丰富 CLAM钢的焊接基础理论，揭示CLAM钢熔焊接头在液态锂铅中的腐蚀机理，为CLAM钢的实际工程应用和评估其焊接结构寿命奠定基础。

本项目针对中国具有自主知识产权的聚变堆低活化马氏体（CLAM）钢，通过Gleeble热模拟实验详细研究了焊接热循环对焊接热影响区的显微组织和性能的影响，重点研究了综合性能较差的焊接过热区粗晶区，建立了CLAM钢的SHCCT图。以热模拟实验结果为基础结合实际焊接实验进行了CLAM钢的冶金特性研究，研制了焊接材料9.8Cr2W0.5Ta。研究揭示焊接热循环对接头微观组织、析出相的形成机制及其形态、尺寸和分布的影响规律，结果表明在焊接热循环下有不超过13%得铁素体析出，极少Laves相析出。根据研究结果给出了建议的热输入量和有害相抑制方法。为探索提高焊接接头性能的方法和改善微观组织分布，提出一种电源自耦合的超声-电弧焊接方法，接头韧性可提高80%，超声作用机理分析表明，电源自身耦合超声系统的较好空化、声流效应细化了晶粒。焊接接头是腐蚀行为最复杂的区域，针对作为聚变堆包层氚增殖剂和载热剂的液态金属锂铅，本项目研究了CLAM钢焊接接头在液态LiPb介质中的腐蚀规律和机制，分别在550℃、液态锂铅流速0m/s（静态）和腐蚀温度480℃、液态锂铅流速0.08m/s（动态）工况下进行500和1000小时的实验，研究表明CLAM钢焊接接头内部无锂铅渗透，表面腐蚀均匀。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500h试样失重0.31μm，1000h试样失重0.45μm；动态工况500h、1000h腐蚀失重分别为0.55μm，00.72μm，腐蚀速率 随腐蚀时间的延长而有所下降，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。根据研究结果提出了焊接接头易腐蚀模型（ECA Model）和分析方法。掌握了CLAM钢焊接接头在未来液态锂铅包层中腐蚀行为。本项目的研究工作丰富了CLAM钢的焊接基础理论，揭示CLAM钢熔焊接头在液态锂铅中的腐蚀机理，为CLAM钢的实际工程应用和评估其焊接结构寿命奠定基础。