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核电作为一种清洁、安全、可持续发展的新能源在中国得到了广泛的认可,但是关键技术仍然是其发展的瓶颈问题。本文对核电机组关键部件——蒸汽发生器传热管用材料800H合金的焊接性能做了初步研究,包括焊前材料固溶处理、常规力学性能,焊后显微组织、晶间析出相分析,焊接接头高温时效、晶间腐蚀形貌分析等。
固溶处理工艺对800H合金组织和性能有较大影响:一定温度、保温时间范围内,晶粒随固溶温度的升高、时间的延长而长大。1050~1200℃固溶处理时,晶粒长大激活能Q约为309kJ/mol。1200℃固溶处理,晶粒尺寸与硬度符合Hall-Petch关系。800H合金在1050~1100℃固溶处理后,晶内仍有大量未固溶的铁铬相;1100℃后,晶内铁铬相基本溶解。
800H合金室温拉伸为典型的塑性变形过程,有明显的颈缩现象,抗拉强度达到551MPa,屈服强度235MPa,断口呈杯锥状,颜色灰暗。高温短时拉伸时,随试验温度升高,合金的抗拉强度(Rm)和屈服强度(Rp0.2)下降,断后伸长率略微上升,断口表面有明显的蓝紫色氧化膜,比较600℃与室温拉伸断口:韧窝深度变深,韧窝直径变大,塑性变形加剧。室温冲击时,合金的冲击吸收功为156J,冲击断口上剪切唇和纤维区占据了整个断面近60%,剪切韧窝呈抛物线状。
在合理的焊接工艺参数条件下,焊缝与基体形成良好的冶金结合,没有发现晶间腐蚀、热裂纹及时效脆化等缺陷,冶金原理分析及试验结果分析都表明焊缝组织为单一的奥氏体相。热影响区由于吸收较多的热能,较母材组织粗大,有少量析出相析出;焊缝析出相较少,主要分布在晶界上,呈断续状颗粒,晶内有个别大颗粒。能谱分析结果表明:晶界析出相主要是铁铬相,晶内是冶金残留的Ti颗粒。析出相的强化作用使得焊接接头硬度分布不均匀:焊缝区硬度最高,热影响区其次,基体硬度最低。
在焊速一定的条件下,施焊电流对焊接接头组织有一定的影响:随着电流的增加,同一特征区域的晶粒趋于粗化,硬度降低。焊接电流较小时,晶界析出相呈连续状,晶内有较大颗粒;电流较大时,析出相在晶界呈断续状分布,晶内有小颗粒析出相。晶界钉扎与析出物强化相互作用,使得极限载荷随着焊接电流的增加先增加后降低。
时效过程中,焊接接头组织稳定性良好,保持单一奥氏体相,晶粒尺寸基本没发生变化。随保温时间的延长,晶粒内部析出物数量逐渐增加,晶界析出物形貌从彼此独立的颗粒和条状到粗链球状。
晶间腐蚀后观察显微组织:母材及焊缝组织基本完好,仅在部分区域有轻微腐蚀痕迹,未出现深度腐蚀沟槽。热影响区晶间腐蚀时,部分晶界上出现少量腐蚀沟槽,极少数晶粒甚至有脱落倾向。时效试样品间腐蚀时:热影响区时效100h,晶界发生腐蚀,出现腐蚀沟槽;时效300h,晶界腐蚀沟槽宽度增加,晶内出现个别小的腐蚀坑;时效500h,除了晶界有腐蚀沟槽外,晶内腐蚀坑面积扩大,同时晶界附近区域也发生了腐蚀。焊缝组织随着时效时效温度和时间的改变,虽然有轻微腐蚀,但是总体上没有深的腐蚀沟槽。弯曲试验表明800H焊接接头具有良好的抗晶间腐蚀性能。