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鉛鉍堆緊固件用高硅奧氏體鋼的研發(fā)取得重要進展

研發(fā)快訊 2025年03月17日 16:49:22來源:中國科學院金屬研究所 1766
摘要近期,中國科學院金屬研究所特種合金研究部通過合金成分調(diào)控,提升“Ni/Cr當量比”,顯著延緩緊固件用高硅奧氏體鋼在典型服役溫度-510℃長時時效時,晶界發(fā)生的奧氏體分解現(xiàn)象(γ→M6C α)。

  【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】鉛冷快堆是第四代核能系統(tǒng)中極有應用前景的堆型,堆內(nèi)起著關鍵聯(lián)結作用的緊固件在高溫、液態(tài)鉛鉍腐蝕、輻照耦合作用的苛刻環(huán)境下長壽期服役,因此緊固件用鋼除需要具備耐液態(tài)鉛鉍腐蝕能力外,還需要優(yōu)良的抗應力松弛能力。
 
  近期,中國科學院金屬研究所特種合金研究部通過合金成分調(diào)控,提升“Ni/Cr當量比”,顯著延緩緊固件用高硅奧氏體鋼在典型服役溫度-510℃長時時效時,晶界發(fā)生的奧氏體分解現(xiàn)象(γ→M6C+α)。在此思路基礎上,通過引入氮元素抑制Ni、Cr、Si、Mo元素在晶界的偏聚,阻礙了長時時效過程中晶界處的奧氏體分解,將其在510℃的高溫抗應力松弛能力提升34%,同時耐液態(tài)鉛鉍腐蝕性能不降低(圖1)。
 
  通過兩步時效處理,解決了鋼中G相與γ′相之間的競爭析出問題,成功將L12-Ni3(Al,Ti)高溫穩(wěn)定相引入高硅奧氏體鋼中,研發(fā)出緊固件用沉淀強化型高硅奧氏體鋼。經(jīng)600℃長期時效后,未出現(xiàn)顯微組織失穩(wěn)現(xiàn)象(圖2),在510℃服役后應力不松弛(圖3),且仍具有優(yōu)良耐液態(tài)鉛鉍腐蝕性能(圖4),大幅提高了鉛鉍堆緊固件的服役安全裕度。
 
  上述研究成果發(fā)表在Scripta Materialia 261 (2025) 116611、Journal of Materials Science & Technology 226 (2025) 270-289、Materials Science and Engineering: A (2024) 146478、Materials Science and Engineering: A 913 (2024) 147063期刊上。第一作者為蘇元飛博士,通訊作者為戎利建研究員、嚴偉研究員和史顯波項目研究員。該研究工作得到了中國核工業(yè)集團公司領創(chuàng)科研項目和遼寧省自然科學基金資助。
 
圖1 含氮高硅奧氏體鋼的顯微組織、力學性能和耐液態(tài)鉛鉍腐蝕性能
 
圖2 L12強化的高硅奧氏體鋼在600℃時效前后的顯微組織
 
圖3 L12強化的高硅奧氏體鋼在510℃的高溫抗應力松弛性能
 
圖4 L12強化的高硅奧氏體鋼550℃飽和氧耐液態(tài)鉛鉍腐蝕性能

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