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热处理对9Cr低活化马氏体钢组织和力学性能的影响

2012-12-05

  9Cr低活化马氏体钢是未来核反应堆建设的主要候选结构材料,因为其具有优良的抗辐照肿胀能力,空洞肿胀远低于Cr-Ni奥氏体钢,并具有良好的组织稳定性和高的热应力因子。由于长期辐照会导致马氏体钢脆化,即韧脆转变温度(DBTT)升高,上冲击功(USE)降低,所以为了提高9Cr低活化马氏体钢的抗辐照能力,应使其在未辐照状态下具有较低的DBTT值,以延长其在辐照环境中的使用寿命。本文研究了固溶温度对9Cr低活化马氏体钢显微组织和力学性能的影响,主要包括晶粒大小、拉伸力学性能和冲击力学性能随固溶温度的变化关系,从而制定出合理的热处理制度。

  实验所用的9Cr低活化马氏体钢,主要成分(质量分数,%)为:0.091C,9.05Cr,2.2W,0.42Mn,0.04Si,0.22V,0.012Ti,0.12Ta,余为Fe。铸坯经过锻造和轧制后获得15mm厚板材。将轧制板材进行线切割加工,获得Φ8mm×15mm的圆柱样品和150mm×100mm×15mm板材。为了研究材料晶粒大小随固溶温度的变化关系,分别在950、1000、1050、1100、1150和1200℃将圆柱样品进行热处理,具体的热处理制度为在各个温度保温30min后水冷,再经780℃回火90min后空冷。为了研究晶粒大小对材料力学性能的影响,将板材分别在950℃和1050℃进行热处理,具体的热处理制度分别为:950℃×30min水冷+780℃×90min空冷(获得试样标记为9Cr-1);1050℃×30min水冷+780℃×90min空冷(获得试样标记为9Cr-2)。高温热处理均在SRJX-4-13型箱式电阻炉中进行。材料经过热处理后,制备拉伸和冲击试样。

  在固溶处理中,9Cr低活化马氏体钢的晶粒尺寸由950℃的6.28μm增加到1200℃的66.5μm。950℃×30min水冷+780℃×90min空冷(9Cr-1)和1050℃×30min水冷+780℃×90min空冷(9Cr-2),两种热处理制度对9Cr低活化马氏体钢的拉伸力学性能影响不明显;对冲击性能有较大影响。9Cr-1和9Cr-2的晶粒大小分别为6.28μm和14.76μm,DBTT值分别为-72℃和-62℃。在相同温度下,9Cr-1的冲击吸收功高于9Cr-2,断口形貌也表明9Cr-1的冲击韧性优于9Cr-2。

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