实验室在硅元素对四代核电用钢焊接热影响区组织力学性能及Pb-Bi相容性方面取得了进展

2019-11-19 10:12



       ADS散裂靶结构材料在实际使用过程中不可避免的要经历焊接和液态铅铋腐蚀。硅元素的添加一方面能提高氧化性,另一方面却恶化了材料的焊接性。本实验室研究人员采用物理模拟方法(Gleeble热力模拟)研究了不同硅含量下(0~1.40wt.%)焊接热影响区各微区的组织和性能。结果表明,9Cr2WVTa钢经过焊接热循环后,粗晶区的冲击性能相对较低,当硅含量小于0.50wt.%时,粗晶区冲击功约在40J,当硅含量大于0.50wt.%时,粗晶区冲击功仅为15J左右。拉伸性能表明,随着硅含量的提高,热影响区的抗拉强度呈先升高后降低的趋势,这是由于Si元素的固溶强化作用和δ铁素体的软化作用形成的强弱化竞争机制所引起的。Pb-Bi相容性实验表明,9wt.%Cr耐热钢典型氧化膜结构分为三层,依次为外层氧化膜、内层氧化膜和内氧化层。外层氧化膜为PbO•xFe2O3和Fe3O4,内层氧化膜为FeCr2O4。随腐蚀时间的延长,铅腐蚀氧化膜的增长速度有所减慢,腐蚀速率降低;随硅含量的增加,母材和热影响区相应区域的氧化膜厚度逐渐减小。Si元素的添加促进了Cr、Si元素在内层氧化膜和内氧化层界面处富集,形成Fe2SiO4、SiO2以及Cr2O3的混合条带,有效地提高了材料的抗Pb-Bi腐蚀性能。上述工作进展已发表在Corros. Sci. 111, (2016) 13-25以及J. Nucl. Mater. 470, (2016) 1-12。



不同硅含量下四代核电用钢焊接热影响区冲击性能




四代核电用钢在550℃液态铅铋合金中腐蚀5000h后的氧化层形貌和元素分布

(a)未添加硅,(b)添加0.50wt.%硅




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