第2期 李华杰等：中国低活化马氏体钢组织性能及强化机理 167° 层模块的设计研究.在该系列包层设计中，确定了 RAM功学性能和微观组织的变化I6-,对CLAM CAM钢是首选结构材料， 的强化机理研究较少，本文主要针对CIAM钢的强 若选择CLAM钢作为聚变动力堆材料，存在两 化机理进行初步探讨. 个问题：首先，CLAM钢具有体心立方结构决定了 1试验材料及方案 CLAM钢的低温脆性，加之CLAM钢特殊的服役环 境，在中子辐照的作用下，导致韧脆转变温度 1.1试验材料 (DBT西上升，甚至影响材料正常工作：其次，CLAM CLAM钢采用高纯原材料，经25k堕空感应炉 钢存在最高使用温度上限问题，即当超过某一温度 加氩气保护熔炼而成，最后锻造加工成70X70 范围时，屈服强度和蠕变强度会急剧下降，上限温 以100的坯料，其化学成分见表1然后进行 度范围一般为550~600℃.所以对CLAM钢进行 十道次普通轧制，轧后淬火，随后对其进行热处理， 低温力学性能和高温力学性能进行测试尤为重 采取离线调质处理，其过程为980℃，30mn噢氏体 要19 化处理后淬火，并经760℃，90m回火处理.将其 目前国内外主要是采用离子、电子、双束辐照以 加工成拉伸试样、标准冲击样、金相样及透射样进行 及数值模拟等方法模拟研究聚变辐照环境下的 组织观察和性能测试. 表1CAM钢的化学成分（质量分数） Table 1 Chem ical compositin ofCLAM ÷ Mn P W Cr Ta Nb Ni Mo B N 0098 046<0.005<000431.48018 9.08 0100010015<0005<0005<00047 1.2试验方案 表2CLAM钢的拉伸力学性能 低温韧性试验是在Zwik/Roel型摆锤式冲击 Table2 Mechanical propeniesofCLAM steel 试验机上进行系列标准试样冲击试验.采用液氮为 抗拉强度/) 温度沁 屈服强度/最大延伸 断面收缩 MPa MPa 率% 率% 冷却剂，以无水乙醇为冷却介质，适当调和液氮和 室温 697 652 24.44 74.54 无水乙醇以达到所要求的试验温度.测温使用低温 600 453 452 23.00 84.9男 酒精温度计.试样在冷却介质中保温15m识每个 试验温度用三个冲击试样，每次冲击从低温槽中取 表3典型低活化铁素体冯氏体钢的韧脆转变温度和室温力学性 出试样到冲断用时均不超过3，s室温和高温拉伸试 袋 验在电液伺服材料试验机(MT809)上进行，然后通 Table 3 Room_temperature mechan ical Propenies and ductile brittle tansition temperature of tpica l RAFM steel 过扫描电子显微镜(SM对断口进行进一步观察， 抗拉强度/ 韧脆转变温度 分析脆断机理， 钢种 MPa 延伸率% DBTT/C 2试验结果与分析 82H 630 200 -60 JIF-1 630 278 -70 2.1拉伸试验结果 EUROFER由7 630 220 -90 在拉伸试验机上对CLAM钢进行了室温和600 9CnWVTa 784 7.90 -80 ℃高温拉伸性能的测试，其试验结果列于表2将 CLAM钢力学性能与其他材料的力学性能（表3）进 由上述试验结果可知，CLAM钢在室温具有高 行对比.从表2表3可知：室温下CLAM钢的抗拉 的屈服强度和抗拉强度，主要是由第二相粒子的尺 强度低于9C2WVTa但高于其他RAMF钢.延伸率 寸和间距决定的.Thonas等y的试验结果表明，弥 仅次于IF-L 散细小的第二相粒子在马氏体基体上分布可以有效 由文献[8知：UROFE7在600℃、应变速 地阻止位错的运动，从而能够提高钢的力学性能 率为110时，抗拉强度为292MP?屈服强度为 基于上述理论，可由图4发现，许多第二相粒子分布 277MPa延伸率为29.3%，断面收缩率为941%. 在马氏体基体上，从而使CLAM钢具良好的屈服强 CLAM钢抗拉强度和屈服强度远远高于ELRO 度和抗拉强度. FE97,延伸率略低于EUROFER7.由此可见 2.2CLAM钢的显微组织 CLAM钢具有较好的高温力学性能. 从成品板上切取金相试样，在光学显微镜进行第 2期 李华杰等:中国低活化马氏体钢组织性能及强化机理 层模块的设计研究.在该系列包层设计中, 确定了 CLAM钢是首选结构材料 [ 1--4] . 若选择 CLAM钢作为聚变动力堆材料, 存在两 个问题 :首先, CLAM钢具有体心立方结构决定了 CLAM钢的低温脆性, 加之 CLAM钢特殊的服役环 境, 在 中子辐 照的作 用下, 导致 韧脆转 变温度 ( DBTT)上升, 甚至影响材料正常工作;其次, CLAM 钢存在最高使用温度上限问题, 即当超过某一温度 范围时, 屈服强度和蠕变强度会急剧下降, 上限温 度范围一般为 550 ～ 600 ℃.所以对 CLAM钢进行 低温力学性能和高温力学性能进行测试尤为重 要 [ 5] . 目前国内外主要是采用离子、电子、双束辐照以 及数值模拟等方法模拟研究聚变辐照环境下的 RAFM力学性能和微观组织的变化 [ 6--7] , 对 CLAM 的强化机理研究较少, 本文主要针对 CLAM钢的强 化机理进行初步探讨. 1 试验材料及方案 1.1 试验材料 CLAM钢采用高纯原材料, 经 25 kg真空感应炉 加氩气保护熔炼而成, 最后锻造加工成 70 mm×70 mm×100 mm的坯料, 其化学成分见表 1.然后进行 十道次普通轧制, 轧后淬火, 随后对其进行热处理, 采取离线调质处理, 其过程为 980 ℃, 30 min奥氏体 化处理后淬火, 并经 760 ℃, 90 min回火处理 .将其 加工成拉伸试样、标准冲击样 、金相样及透射样进行 组织观察和性能测试. 表 1 CLAM钢的化学成分 (质量分数 ) Table1 ChemicalcompositionofCLAM % C Mn P S W V Cr Ta Nb Ni Mo B N 0.098 0.46 <0.005 <0.004 3 1.48 0.18 9.08 0.10 <0.01 <0.015 <0.005 <0.005 <0.004 7 1.2 试验方案 低温韧性试验是在 Zwick/Roell型摆锤式冲击 试验机上进行系列标准试样冲击试验 .采用液氮为 冷却剂, 以无水乙醇为冷却介质 .适当调和液氮和 无水乙醇以达到所要求的试验温度.测温使用低温 酒精温度计 .试样在冷却介质中保温 15 min.每个 试验温度用三个冲击试样, 每次冲击从低温槽中取 出试样到冲断用时均不超过 3 s, 室温和高温拉伸试 验在电液伺服材料试验机 ( MTS809)上进行, 然后通 过扫描电子显微镜 ( SEM)对断口进行进一步观察, 分析脆断机理. 2 试验结果与分析 2.1 拉伸试验结果 在拉伸试验机上对 CLAM钢进行了室温和 600 ℃高温拉伸性能的测试, 其试验结果列于表 2.将 CLAM钢力学性能与其他材料的力学性能 (表 3)进 行对比 .从表 2、表 3可知:室温下 CLAM钢的抗拉 强度低于 9Cr2WVTa, 但高于其他 RAMF钢, 延伸率 仅次于 JLF--1. 由文献 [ 8] 知 :EUROFER97在 600 ℃、应变速 率为 1 ×10 -3时, 抗拉强度为 292 MPa, 屈服强度为 277MPa, 延伸率为 29.3%, 断面收缩率为 94.1%. CLAM钢抗拉强度和屈服强度远远高于 EURO￾FER97, 延伸率 略低于 EUROFER97.由此可见 CLAM钢具有较好的高温力学性能 . 表 2 CLAM钢的拉伸力学性能 Table2 MechanicalpropertiesofCLAMsteel 温度 /℃ 抗拉强度 / MPa 屈服强度 / MPa 最大延伸 率 /% 断面收缩 率 /% 室温 697 652 24.44 74.54 600 453 452 23.00 84.93 表 3 典型低活化铁素体 /马氏体钢的韧脆转变温度和室温力学性 能 Table3 Room-temperaturemechanicalpropertiesandductile-brittle transitiontemperatureoftypicalRAFMsteels 钢种 抗拉强度 / MPa 延伸率 /% 韧脆转变温度, DBTT/℃ F82H 630 20.0 -60 JLF-1 630 27.8 -70 EUROFER97 630 22.0 -90 9Cr2WVTa 784 7.90 -80 由上述试验结果可知, CLAM钢在室温具有高 的屈服强度和抗拉强度, 主要是由第二相粒子的尺 寸和间距决定的.Thomas等 [ 9] 的试验结果表明, 弥 散细小的第二相粒子在马氏体基体上分布可以有效 地阻止位错的运动, 从而能够提高钢的力学性能. 基于上述理论, 可由图 4发现, 许多第二相粒子分布 在马氏体基体上, 从而使 CLAM钢具良好的屈服强 度和抗拉强度 . 2.2 CLAM钢的显微组织 从成品板上切取金相试样, 在光学显微镜进行 · 167·