镍基合金焊缝高温失延裂纹的微观机制研究

《镍基合金焊缝高温失延裂纹的微观机制研究》是依托上海交通大学，由陈俊梅担任项目负责人的青年科学基金项目。

镍基合金焊缝高温失延裂纹的微观机制研究项目摘要

镍基合金690在核辐射和纯水的环境中具有最佳抗应力腐蚀开裂的能力,是核电重大装备的关键材料。但是目前使用的690合金的配套焊材在焊接过程中会出现高温失延裂纹（也称高温失塑裂纹，简称DDC裂纹）,影响焊接接头的使用寿命。研究发现在镍基焊材中添加Mo和Nb可以较大程度地改善焊缝的热延性，降低焊缝的DDC敏感性。本项目拟对此展开微观机制的研究，通过对不同Mo和Nb含量的镍基焊缝试样进行STF试验（应变-裂纹试验），研究Mo以及Mo和Nb相互作用对焊缝热延性影响的规律，给出Mo和Nb比例的优化结果。并借助XRD、OM、SEM和TEM等方法，研究STF试验前后焊缝中晶内和晶界的成分分布,Mo的存在形式，以及晶界析出物-碳氮化物的种类、形貌、数量和分布等的变化，确定Mo和Nb对晶界析出物的影响，探明Ni-Cr-Fe-Mo-Nb合金焊缝中的DDC形成机制。

镍基合金焊缝高温失延裂纹的微观机制研究结题摘要

针对固溶强化镍基合金690焊接过程中容易出现DDC裂纹的现象，开展了DDC形成机理和提高DDC强度的研究，制备了三种Mo，Nb含量的镍基合金焊缝，即不含Mo，含Nb0.84%的焊缝52M；含Mo4%，Nb2.48%的焊缝52MSS和增加Mo粉(7.35%)的含Nb2%的152焊缝，并对其进行了微观结构分析，以及裂纹敏感性试验和分析。结果表明，Mo的数量达到7.35%以后，合金体系以Ni-Cr-Fe-Mo为主，焊缝的主要微观结构仍然是以奥氏体基体为主， r/第二相共晶组织为晶间相的结构，但是随着合金元素的添加，第二相数量明显增加，其形状和组分非常复杂。不含Mo，含Nb0.84%的焊缝52M的晶界平直化明显，DDC强度低。含Mo4%，Nb2.48%的焊缝52MSS增加了凝固温度范围，凝固裂纹敏感性增加，但是由于晶界曲折度增加，DDC强度得到提高。含Mo7.35%，Nb2%的焊条152焊缝在大角度晶界存在尺寸达1-6μm的粒子，对晶界的迁移起到了有效的机械钉扎作用，大大提高了DDC强度。其中Mo主要是以固溶的方式存在于奥氏体基体中，Nb主要存在于NbC和Laves相中。此外，STF试验结果表明，与载荷垂直的大角度晶界是DDC裂纹的起裂位置，因此，提高大角度晶界的曲折度是提高DDC裂纹的有效方法。