【2017年整理】热处理工艺对CLAM钢电子束焊焊缝显微组织与冲击韧性的影响---论文排版.doc

热处理工艺对CLAM钢电子束焊缝显微组织与冲击韧性的影响 胡杰1,2，姜志忠1,3，黄继华1，陈树海1，赵兴科1，张华1 ( 1.北京科技大学 材料科学与工程学院，北京 100083; 2.神龙汽车有限公司 技术中心，武汉 430050; 3.中国科学院等离子体物理研究所，合肥 230000 ) 摘 要：对聚变堆用中国低活化马氏体钢(CLAM钢)进行了真空电子束焊接试验，并对接头分别进行了焊后调质处理和740℃保温不同时间回火处理.利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)及透射电镜(TEM)对焊缝热处理前后的显微组织进行了观察，并对焊缝进行了室温冲击试验.结果表明：焊态下，焊缝由粗大板条马氏体和δ铁素体构成，其冲击韧性较差；回火热处理后，马氏体组织转变为回火马氏体组织，δ铁素体保存下来，且其晶界聚集了大量M23C6型碳化物.碳化物地聚集使得δ铁素体与原奥氏体晶界的结合减弱，在受到外部载荷作用时，裂纹易于萌生和扩展，因此回火后焊缝冲击韧性未得到改善；调质处理消除了δ铁素体，焊缝组织转变为和母材相同的回火马氏体组织，焊缝冲击韧性显著提高. 关键词：中国低活化马氏体钢；真空电子束焊；显微组织；冲击韧性 中图分类号：TG457.11 文献标识码：A 文章编号：0253 - 360X(2012)00 - 0000 - 00 0 序 言* 低活化铁素体/马氏体钢(RAFM钢)具有较高的抗辐照肿胀能力、较低的热膨胀系数以及较高的热导率等优良的热物理和机械性能，被国际上普遍认为是国际热核聚变实验堆(ITER)实验包层模块(TBM)以及商用聚变示范堆(DEMO)第一壁()的首选结构材料(CLAM钢)是中国自主研制的RAFM钢，经过近几年的发展，其性能与国外发展多年的RAFM钢如(EUROFER 97和JLF-1等)相当，被确定为中国参加国际热核聚变实验堆计划建造TBM的结构材料[2].由于TBM结构的复杂性，决定了焊接是其主要的加工技术之一是在高温、高压、高能粒子辐照及液态Li-Pb金属腐蚀的条件下直接聚变反应堆服役的可靠性及安全性(PWHT)工艺后焊缝进行了室温冲击试验，研究了对应焊缝的显微组织特征，揭示了显微组织与冲击性能之间的联系，为进一步系统优化CLAM钢真空电子束焊接工艺和焊后热处理工艺提供基础数据. 1 试验方法 焊接用热轧CLAM钢板由北京科技大学高效轧制国家工程研究中心提供，厚度为10mm，其实测化学成分见表1.轧后采用离线调质热处理工艺：淬火(980℃保温0.5h，水淬)＋回火(760℃保温1.5h，空冷至室温)，其显微组织为回火马氏体. 焊接试验是在ZDl50-15A大型高压电子束焊机上进行的.焊接工艺参数为：加速电压120kV；焊接速度600mm/min；聚焦电流330mA；电子束流32mA.焊接接头形式是两块钢板沿长度方向对接，单块钢板尺寸为120mm×50mm×10mm.焊后热处理工艺共五组：回火热处理工艺三组，工艺参数分别为740℃保温1h，1.5h及2h，空冷至室温；调质处理工艺两组：淬火(980℃保温0.5h，水淬)＋回火(760℃保温1.5h及2h，空冷至室温). 表1 CLAM钢化学成分(质量分数，%) Table 1 Chemical composition of CLAM steel C Cr W V Mn Ta P 0.093 9.15 1.49 0.20 0.44 0.097 0.0051 S Nb Ni Mo B N Fe 0.0043 0.01 0.015 0.005 0.005 0.0047 余量 经打磨抛光后的金相试样用1g苦味酸+5ml盐酸+95ml酒精混合溶液（Vilella试剂）浸蚀，在Nikon ECLIPSE LV150型光学显微镜和LEO-1450型扫描电镜下观察焊缝显微组织；从焊缝线切割截取未热处理和经过740℃保温1h热处理尺寸为10mm×10mm×0.3mm薄片试样，砂纸打磨至50μm，5%HClO4乙醇溶液双喷减薄，在透射电镜下观察薄区组织形貌，设备型号为JEM-2000fx；采用碳膜萃取复型方法制取740℃保温1h之后焊缝碳化物复型试样，用230目铜网将碳膜捞起晾干后，在F-20透射电镜下观察，并进行电子衍射及能谱分析.对CLAM钢焊态及热处理后焊缝进行室温冲击试验，试验按照GB/T 2650-2008标准执行，采用Charpy V型缺口冲击试样，试样尺寸为55mm×10mm×7.5mm，冲击试验机型号为JB-30B. 2 试验结果及分析 2.1 冲击韧性试验结果 2.1.1 焊态及高温回火后焊缝冲击韧性 表1为焊态及回火热处理后焊缝室温冲击韧性试验结果.由试验结果可知，焊态下(室温25℃)焊缝的冲击韧性很