低活化鐵素體鋼高溫構件均質連線及可靠性評價

《低活化鐵素體鋼高溫構件均質連線及可靠性評價》是依託天津大學，由劉永長擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：低活化鐵素體鋼高溫構件均質連線及可靠性評價
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：劉永長
• 依託單位：天津大學

項目摘要

大規模核電建設對關鍵核電部件的國產化提出了緊迫要求。核電高溫部件結構複雜、材料開發與驗證周期長、製造和質量水平要求高，迫切需要發展複雜高溫部件的均質製造技術。本項目以核電機組複雜包層結構為研究對象，通過全面考慮低活化鐵素體耐熱鋼成分最佳化、真空擴散連線工藝最佳化及連線接頭界面強化方法來實現構件整體高溫性能一致的目標，將重點闡明擴散連線過程外加應力對低活化鋼組織和性能的影響以及連線接頭蠕變強度退化機制，並提出相應的強化方法。擬在前期高Cr鐵素體耐熱鋼研發的基礎上，根據非活化元素選取原則來完成鋼材的成分設計；綜合採用實驗研究與相變解析模型分析來闡明其相變行為與強化機制；通過真空擴散連線技術實現複雜構件的製造，並通過中間連線片層的有效引入來提高接頭的高溫強度，實現母材和連線界面高溫性能的均質化；發展低活化鐵素體鋼連線接頭的可靠性評價方法，從而確保核電機組在高溫服役條件下安全可靠地運行。

結題摘要

大規模核電建設對關鍵核電部件的國產化提出了緊迫要求。核電高溫部件結構複雜、材料開發與驗證周期長、製造和質量水平要求高，迫切需要發展基於高溫性能一致的複雜部件的均質製造技術。本項目研發了新型低活化、高持久強度的核電機組包層用鐵素體耐熱鋼，澄清了其固相轉變行為、強化機制與組織演變規律，考察了高Cr大規模核電建設對關鍵核電部件的國產化提出了緊迫要求。核電高溫部件結構複雜、材料開發與驗證周期長、製造和質量水平要求高，迫切需要發展基於高溫性能一致的複雜部件的均質製造技術。本項目研發了新型低活化、高持久強度的核電機組包層用鐵素體耐熱鋼，澄清了其固相轉變行為、強化機制與組織演變規律，考察了鐵素體耐熱鋼微小彈性變形對馬氏體相變過程的影響機制，發現外加彈性變形對馬氏體相變無顯著影響，增大外加應力將抑制相變的進行，從而使馬氏體板條細化；低活化鐵素體鋼中加入Ta後可導致M23C6型沉澱相析出量減少，納米MX型沉澱相析出量增多，強化MX對晶界和板條界的釘扎作用並提高鐵素體耐熱鋼的蠕變性能，高溫服役時維持鋼材組織中的馬氏體板條形態並有效避免性能退化。針對傳統鐵素體鋼焊縫及周圍熱影響區性能劣化的不足，開發了擴散連線構件製造真空擴散連線技術並完成了構件製造，其接頭蠕變性能優於傳統熔焊接頭（甚至略高於母材），實現了母材和連線界面高溫性能的均質化。在核電、石化用熱軋無縫鋼管成形與加工過程精細組織控制方面，發明了微變形馬氏體板條細化、針狀鐵素體控制、高合金低碳含氮鋼冶煉技術，形成系列產品已用於16個CPR1000機組建設，已累計實現銷售收入3.18億元，並獲天津市技術發明二等獎和科技進步二等獎各1項；培養博士後2人、博士5人、碩士9人；研究團隊入選天津市131科技創新團隊；獲中國金屬學會冶金青年科技獎、J Mater Sci Technol優秀論文獎；完成邀請報告12次；授權中國發明專利6件，以第一/通訊作者發表標註資助SCI收錄論文20篇。