熔焊接頭組織耐高速流液態金屬腐蝕機制研究

《熔焊接頭組織耐高速流液態金屬腐蝕機制研究》是依託江蘇大學，由雷玉成擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：熔焊接頭組織耐高速流液態金屬腐蝕機制研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：雷玉成
• 依託單位：江蘇大學

項目摘要

針對未來核反應堆液態金屬循環迴路中，不同參數下（焊接熱輸入量、填充材料化學成分）獲得的熔焊接頭組織受高速流液態Pb-Bi溶解腐蝕、空泡腐蝕、摩擦磨損的作用機理進行研究。對比熔焊接頭組織在液態Pb-Bi合金腐蝕前後的表面形貌、受腐蝕表面組成元素及化合物的變化，研究熔焊接頭受腐蝕表面合金元素溶解、遷移並誘發組織相變的機理；分析熔焊接頭截面上液態金屬元素的腐蝕滲透情況，揭示液態Pb-Bi沿晶界滲透導致晶間腐蝕的規律；對比分析熔焊接頭表面狀態和硬度不同時，受液態Pb-Bi沖刷過程中的摩擦磨損情況，對高速流液態金屬摩擦磨損機理進行研究；採用流動參數表征高速流液態Pb-Bi合金的流動狀態，研究液固兩相的相互作用情況，揭示液態Pb-Bi流動狀態對於空泡腐蝕和摩擦磨損的影響規律。本項目旨在揭示熔焊組織在高速流液態Pb-Bi合金中的腐蝕機制，為提高核反應堆過流部件的耐腐蝕性能及服役壽命提供理論依據。

結題摘要

加速器驅動次臨界系統和鉛冷快堆中的包層結構材料長期暴露在液態LBE中會發生溶解腐蝕、氧化腐蝕和空泡腐蝕，而焊接技術廣泛套用於這些包層結構材料中，因此研究熔焊接頭在液態LBE中的腐蝕行為意義重大，可以為進一步最佳化熔焊接頭耐腐蝕性能方面提供理論和試驗依據。 本項目設計製造出一套耐高速流液態LBE腐蝕的試驗裝置，和一套液態金屬空泡腐蝕裝置，並申請了專利。 動靜態LBE腐蝕試驗裝置主要用於研究溶解腐蝕情況，針對流速、鋼種、熱處理工藝、焊接參數、表面熔敷等進行了試驗研究，研究表明：無論靜態還是動態腐蝕，CLAM鋼、316L鋼等鋼的TIG焊接接頭均發生明顯的氧化腐蝕，表面都形成了具有保護作用的雙氧化層，外氧化層主要為疏鬆多孔的Fe3O4，內氧化層主要為緻密FeCr2O4，熱影響區的耐腐蝕性高於焊縫區，液態鉛鉍的相對速度越大，氧化腐蝕和磨損腐蝕越嚴重。在相應的試驗條件下，304鋼焊接接頭耐蝕性最好，CLAM鋼其次，Q235B鋼最差；含較少Cr的304L鋼焊接接頭比316L焊接接頭更耐腐蝕；760℃回火熱處理能顯著改善CLAM鋼焊接接頭耐高速流液態鉛鉍的腐蝕性能；熱輸入為7.6KJ/cm時316L鋼焊件的腐蝕失重速度最小，耐蝕性達到最佳；WC添加量在3.73~5.33%時CrWMn鐵基合金熔敷層耐蝕性能和耐磨性能最佳。 液態金屬空泡腐蝕裝置主要用於研究空泡腐蝕情況，針對時間、熱處理工藝、鋼種等不同參數進行試驗研究，研究表明：液態金屬中的空泡腐蝕過程包括孕育期、加速期，存在空泡腐蝕與溶解氧化腐蝕的聯合腐蝕機制，時間越長，空泡腐蝕越嚴重，母材的耐蝕性優於焊縫區域。在相應的試驗條件下，調質處理後的CLAM鋼焊縫耐蝕性能最好；固溶處理後的316L鋼焊縫的耐空蝕性得到改善；50℃/30min熱處理後的鈷基合金焊縫耐蝕性最好。 本項目揭示了高速流動態腐蝕機理和空泡聯合腐蝕機制，為熔焊接頭耐高速流液態金屬腐蝕和空泡腐蝕的性能提供了理論基礎和技術依據，對提高原子能裝置部件的使用壽命以及各種包層結構材料在核工業中的實際套用具有重要的理論意義和實際套用價值。