D0I:10.13374.issn1001-053x.2012.10.019 第34卷第10期 北京科技大学学报 Vol.34 No.10 2012年10月 Journal of University of Science and Technology Beijing 0ct.2012 V、Ta微合金化12Cr低活性F/M钢的优化设计 肖翔”刘国权2)区胡本芙》陈少静) 1)北京科技大学材料科学与工程学院，北京1000832)北京科技大学新金属材料国家重点实验室，北京100083 ☒通信作者，E-mail:G.liu@usth.cdu.cn 摘要采用Thermo-一Calc热力学模拟计算与实验相结合的方法，优化设计了一种V、Ta微合金化的低活性F/M钢 12C3WVTa,经1050℃水淬及780℃回火后对其显微组织及析出相进行光学显微镜、扫描电镜和透射电镜观察以及能谱分 析.实验钢淬火回火后显微组织由回火马氏体和少量δ铁素体相组成，析出相主要为MCs和MX相(M=V,T:X=C,N), 其中M23C6主要分布于回火马氏体板条界和相界，而MX弥散析出于回火马氏体板条内以及8铁素体内，实验钢室温和高温 (600℃)拉伸力学性能良好，600℃下材料抗拉强度为507MPa,屈服强度为402MP,满足超临界水冷堆用包壳管的拉伸性能 要求. 关键词马氏体钢：铁素体钢：微合金化：显微组织：力学性能：水冷堆 分类号TG142.2:TL341 Optimization design of V,Ta microalloyed 12Cr low-activation F/M steel XA0 Xiang”,LIU Gu-guan2g,HU Ben-fu'》,CHEN Shaojing》 1)School of Materials Science and Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)State Key Laboratory for Advanced Metals and Materials,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China Corresponding author,E-mail:G.liu@ustb.edu.en ABSTRACT A low-activation F/M steel 12Cr3 WVTa micro-alloyed with V and Ta was designed by Thermo-Cale thermodynamic sim- ulation in combination with experimental methods.Its microstructure and precipitation after water quenching at 1050C and then tem- pering at 780C were examined by means of optical microscopy (OM),scanning electron microscopy (SEM),transmission electron microscopy (TEM),and energy dispersive spectrometry (EDS).The results show that the microstructure of the steel after quenching and tempering contains mainly tempered martensite with a small amount of 8-ferrite,as well as precipitates M2C and MX (M=V, Ta:X =C,N).MCs carbides distribute mainly along the lath boundaries and the phase interfaces,while MX precipitates within the tempered martensite and the 8-ferrite.The steel has good tensile properties at room temperature and high temperature (600 C),and its tensile strength and yield strength are 507 MPa and 402 MPa at 600C,respectively,which meets the tensile property requirements of cladding tubes for supercritical water cooled reactors (SCWR). KEY WORDS martensitic steel:ferritic steel:microalloying:microstructure:mechanical properties:water cooled reactors 超临界水冷堆是目前第四代核能系统国际论坛 的第Ⅳ代反应堆候选材料，既可用于堆芯包壳管，也 (GF)推荐的六种最值得研发的第四代核能系统概 可用于代替堆内某些耐蚀性不强的低合金钢司.目 念堆中唯一的水冷堆口.燃料包壳管及芯内部件材 前国际上己经陆续开发了9Cr2WVTa(美国)、Euro- 料是堆内使用条件最苛刻的材料，其一方面应具有 fe97(欧洲)和82H及JLF1(日本)等有高许用应 可接受的机械强度、断裂韧性、韧脆转变温度和高温 力、高持久强度、高疲劳强度、高热导率、良好的焊接 蠕变等力学性能，另一方面还要具备抗辐照、抗超临 性和较好的抗蚀性的9C低活性铁素体/马氏体钢 界水腐蚀的性能回.先进的9-12Cr(Cr的质量分数 (RAFM)回.然而，9Cr系RAFM钢抗高温性能及抗 为9%~12%)铁素体/马氏体(F/M)钢是极具潜力 腐蚀性能较差，其使用上限温度一般低于550℃，不 收稿日期：2011-10-24 基金项目：国家重点基础研究发展计划资助项目(2007CB209801)第 34 卷 第 10 期 2012 年 10 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 34 No． 10 Oct． 2012 V、Ta 微合金化 12Cr 低活性 F /M 钢的优化设计 肖 翔1) 刘国权1，2) ! 胡本芙1) 陈少静1) 1) 北京科技大学材料科学与工程学院，北京 100083 2) 北京科技大学新金属材料国家重点实验室，北京 100083 !通信作者，E-mail: G． liu@ ustb． edu． cn 摘 要 采用 Thermo--Calc 热力学模拟计算与实验相结合的方法，优化设计了一种 V、Ta 微 合 金 化 的 低 活 性 F/M 钢 12Cr3WVTa，经 1 050 ℃水淬及 780 ℃回火后对其显微组织及析出相进行光学显微镜、扫描电镜和透射电镜观察以及能谱分 析． 实验钢淬火回火后显微组织由回火马氏体和少量 δ 铁素体相组成，析出相主要为 M23C6和 MX 相( M = V，Ta; X = C，N) ， 其中 M23C6主要分布于回火马氏体板条界和相界，而 MX 弥散析出于回火马氏体板条内以及 δ 铁素体内． 实验钢室温和高温 ( 600 ℃ ) 拉伸力学性能良好，600 ℃下材料抗拉强度为 507 MPa，屈服强度为 402 MPa，满足超临界水冷堆用包壳管的拉伸性能 要求． 关键词 马氏体钢; 铁素体钢; 微合金化; 显微组织; 力学性能; 水冷堆 分类号 TG142. 2; TL341 Optimization design of V，Ta microalloyed 12Cr low-activation F /M steel XIAO Xiang1) ，LIU Guo-quan1，2) !，HU Ben-fu1) ，CHEN Shao-jing1) 1) School of Materials Science and Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China 2) State Key Laboratory for Advanced Metals and Materials，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China !Corresponding author，E-mail: G． liu@ ustb． edu． cn ABSTRACT A low-activation F/M steel 12Cr3WVTa micro-alloyed with V and Ta was designed by Thermo-Calc thermodynamic sim￾ulation in combination with experimental methods． Its microstructure and precipitation after water quenching at 1 050 ℃ and then tem￾pering at 780 ℃ were examined by means of optical microscopy ( OM) ，scanning electron microscopy ( SEM) ，transmission electron microscopy ( TEM) ，and energy dispersive spectrometry ( EDS) ． The results show that the microstructure of the steel after quenching and tempering contains mainly tempered martensite with a small amount of δ-ferrite，as well as precipitates M23 C6 and MX ( M = V， Ta; X = C，N) ． M23C6 carbides distribute mainly along the lath boundaries and the phase interfaces，while MX precipitates within the tempered martensite and the "-ferrite． The steel has good tensile properties at room temperature and high temperature ( 600 ℃ ) ，and its tensile strength and yield strength are 507 MPa and 402 MPa at 600 ℃，respectively，which meets the tensile property requirements of cladding tubes for supercritical water cooled reactors ( SCWR) ． KEY WORDS martensitic steel; ferritic steel; microalloying; microstructure; mechanical properties; water cooled reactors 收稿日期: 2011--10--24 基金项目: 国家重点基础研究发展计划资助项目( 2007CB209801) 超临界水冷堆是目前第四代核能系统国际论坛 ( GIF) 推荐的六种最值得研发的第四代核能系统概 念堆中唯一的水冷堆［1］． 燃料包壳管及芯内部件材 料是堆内使用条件最苛刻的材料，其一方面应具有 可接受的机械强度、断裂韧性、韧脆转变温度和高温 蠕变等力学性能，另一方面还要具备抗辐照、抗超临 界水腐蚀的性能［2］． 先进的 9--12Cr( Cr 的质量分数 为 9% ～ 12% ) 铁素体/马氏体( F /M) 钢是极具潜力 的第Ⅳ代反应堆候选材料，既可用于堆芯包壳管，也 可用于代替堆内某些耐蚀性不强的低合金钢［3］． 目 前国际上已经陆续开发了 9Cr2WVTa( 美国) 、Euro￾fer97( 欧洲) 和 F82H 及 JLF1( 日本) 等有高许用应 力、高持久强度、高疲劳强度、高热导率、良好的焊接 性和较好的抗蚀性的 9Cr 低活性铁素体/马氏体钢 ( RAFM) ［2］． 然而，9Cr 系 RAFM 钢抗高温性能及抗 腐蚀性能较差，其使用上限温度一般低于 550 ℃，不 DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2012.10.019