核能安全所在中国低活化马氏体CLAM钢 热变形连接研究方面取得新进展
文章来源：白云飞 发布时间：2024-04-11
近日，核能安全所与沈阳金属研究所合作采用热变形连接技术对中国低活化马氏体（CLAM）钢开展了有效连接，并通过后续热处理基本消除了界面缺陷，连接接头的强度和延伸率与基体性能相当。相关研究成果发表于国际学术期刊Materials Characterization上。
CLAM钢因具有低活化、耐辐照和良好的力学性能等优点，是核聚变反应堆的主要候选结构材料。但目前CLAM钢连接技术的发展仍面临着重大挑战，传统的连接方法易导致组织中的马氏体板条粗化，热影响区的强度及接头的疲劳寿命降低，连接接头的性能普遍低于母材，无法满足聚变反应堆部件焊接接头的高可靠性要求。针对上述问题，科研人员开发了一种热压缩连接（HCB）方法，该种方法利用高温高压实现部件的有效连接，在热力共同耦合作用下促进了界面晶界迁移及再结晶。研究结果表明高温下通过较大的塑形变形及后续热处理，可以有效破碎界面氧化物，消除界面微孔洞等的连接缺陷，实现界面原子尺度的接触，从而最终使连接界面完全愈合。
本研究探究了不同HCB工艺参数（包括应变速率、温度、应变和保温时间）对CLAM钢界面微观结构及界面氧化物演化的影响。同时获得了CLAM钢优选的HCB工艺窗口，1050℃/20%变形后的样品在1100℃保温2 h后，连接接头的拉伸性能均能达到基体水平。
经验证该方法在效率和经济性上具有更大优势，结果表明利用HCB技术最终能够完全消除CLAM钢的原始界面痕迹，基本实现了接头与母材组织及性能的一致性，避免了焊缝对部件整体性能的影响，可为CLAM钢高效连接和大型构件的制备提供重要参考。
该论文第一作者为核能安全所2022级博士研究生白云飞，通讯作者为黄群英研究员和沈阳金属研究所孙明月研究员。该项研究工作得到中国科学院国际伙伴计划、国家重点研发计划和国家自然科学基金等的资助。
文章链接：https://doi.org/10.1016/j.matchar.2024.113848
图1 不同连接温度下结合界面区域EBSD图：(a-b) 850℃，(c) 950℃，(d) 1050℃
图2 1100℃不同保温时间后界面氧化物EDS分析：(a) 0.5 h， (b) 2 h， (c) 6 h
