一种应用于含铝的氧化物弥散强化铁素体／马氏体钢的焊接方法与流程

本发明涉及到第四代核反应堆关键结构材料的焊接技术，特别涉及了一种含铝的氧化物弥散强化铁素体／马氏体钢的焊接方法。

背景技术：

氧化物弥散强化钢因其内部氧化物纳米粒子弥散分布的特点，使其具有优异的高温力学性能和抗辐照性能，成为先进核能系统中结构材料的非常有前景的候选材料。

氧化物弥散强化钢通常采用机械合金化以及热等静压或热挤出等成型工艺制造，材料处于非冶金平衡状态，传统熔化焊接会使合金基体中的氧化物弥散粒子从液体金属中分离并聚集成渣，从根本上破坏氧化物弥散强化钢本身的结构和性能。因此，氧化物弥散强化钢的焊接成为制约其工程应用的关键问题和难点问题。

目前针对氧化物弥散强化钢焊接方法的研究包括了摩擦搅拌焊、固相扩散焊、钎焊以及电磁脉冲焊、真空电子束焊、激光焊等多种高能焊接。由于各种焊接方式的实际应用特点及其焊接接头组织(晶粒和弥散粒子)异于母材组织影响焊接质量的原因，针对氧化物弥散强化钢的焊接还没有一种比较理想的焊接方式。

基于以上事实，本发明针对添加铝元素的一类氧化物弥散强化铁素体／马氏体钢提供了一种可以获得优异焊接性能的焊接方法。

技术实现要素：

本发明的第一目的在于提供一种针对含铝的氧化物弥散强化铁素体／马氏体钢的焊接方法。

本发明的第二目的在于提供一种针对含铝的氧化物弥散强化铁素体／马氏体钢的焊接方法在第四代核反应堆关键结构材料上的应用。

为了实现本发明的发明目的，采用的技术方案为：

所述的一种含铝的氧化物弥散强化铁素体／马氏体钢的焊接方法为采用过渡液相扩散焊对含铝的氧化物弥散强化铁素体／马氏体钢进行焊接；

所述的过渡液相扩散焊采用的中间层为含镍的铁基合金箔片；

所述的过渡液相扩散焊的中间层的厚度为10-30μm；

所述的含镍铁基合金箔片的成分为(8-18)wt.%ni，(8-18)wt.%cr,3wt.%b，2wt.%si，(0.05-0.08)wt.%c，纯度均为99.9%，其余为fe；

具体的焊接方法为：

（1）表面处理

将含铝的氧化物弥散强化铁素体／马氏体钢的待焊接面和中间层箔片分别进行打磨，然后分别放入丙酮溶液中超声清洗5min～10min，冷风吹干，得到预处理后的含铝氧化物弥散强化铁素体／马氏体钢和预处理后的中间层箔片；

按照从上到下依次为预处理后的含铝氧化物弥散强化铁素体／马氏体钢、预处理后的中间层箔片和预处理后的含铝氧化物弥散强化铁素体／马氏体钢的顺序装配；

（2）焊接设备采用真空热压炉，升温速度为6-8℃/min，焊接温度为1150-1200℃，保温时间为1-2h，压力为5-10mpa，真空度为（2.0-6.0）×10-3pa；

（3）所述的经过焊接后的含铝的弥散强化铁素体／马氏体钢与中间层箔材的界面处生成了高密度、纳米尺寸的nial相，焊接后的含铝的弥散强化铁素体／马氏体钢在室温至700℃的温度范围内的拉伸测试中，样品均在含铝的弥散强化钢部分断裂。

本发明的有益效果如下：

（1）本发明采用特定成分的fe-ni-b-si中间层箔片和经过优化的焊接参数控制，获得了优异的焊接性能，这主要归因于在优化的焊接参数条件下，含铝的氧化物弥散强化铁素体／马氏体钢中的铝与中间层中的镍发生相互扩散，从而引起界面两侧的含铝的氧化物弥散强化铁素体／马氏体钢内部以及中间层内部的镍和铝相互反应生成高密度、纳米尺寸的金属间化合物nial相，从而保证了优异的力学性能。

（2）中间层箔材中镍含量既保证了充分的镍与铝生成小尺寸、高密度的nial相；又能保证焊接后，中间层箔材基体中的镍含量降低，组织由铁素体/奥氏体的双相组织变为铁素体组织。

附图说明：

图1为实施例1中的含铝的氧化物弥散强化铁素体／马氏体钢中的弥散粒子分布

图2为实施例1中小尺寸、高密度的nial相在含铝的氧化物弥散强化铁素体／马氏体钢的焊接接头的分布情况

图3为实施例2所得的含铝的氧化物弥散强化铁素体／马氏体钢的焊接接头

具体实施方式：

实施例1

材料选择：

（1）待焊接的含铝的氧化物弥散强化铁素体／马氏体钢的成分为8.5%cr，1.2%w，0.2%v，0.2%mn，3.5%al、0.5%zr、0.35%y2o3，以上原料纯度均为99.9%，c、n含量小于0.1%，其余为fe，以上均为质量百分数；制备方法为机械合金化和热等静压成型；

（2）中间层箔材成分为16wt.%ni，8.5wt.%cr,3wt.%b，2wt.%si，0.08wt.%c，纯度均为99.9%，其余为fe；厚度为15μm；

具体的焊接工艺为：

（1）表面处理

将含铝的氧化物弥散强化铁素体／马氏体钢的待焊接面和中间层箔片分别进行打磨，然后分别放入丙酮溶液中超声清洗5min～10min，冷风吹干，得到预处理后的含铝氧化物弥散强化铁素体／马氏体钢和预处理后的中间层箔片；

按照从上到下的依次为预处理后的含铝氧化物弥散强化铁素体／马氏体钢、预处理后的中间层箔片和预处理后的含铝氧化物弥散强化铁素体／马氏体钢的顺序装配；

（2）焊接设备采用真空热压炉，升温速度为7oc/min，焊接温度为1177℃，保温时间为1.5h，压力为8mpa，真空度为3.5×10-3pa；

（3）所述的经过焊接后的含铝的弥散强化钢与中间层箔材的界面处生成了高密度、纳米尺寸的nial相，焊接后的含铝的弥散强化钢在室温至700℃的温度范围内的拉伸测试中，样品都在含铝的弥散强化钢部分断裂。

实施例2

材料选择：

（1）待焊接的含铝的氧化物弥散强化铁素体／马氏体钢的成分为9%cr，1.8%w，0.3%v，0.2%mn，4.5%al、0.2%hf、0.4%y2o3，以上原料纯度均为99.9%，c、n含量小于0.1%，其余为fe，以上均为质量百分数；制备方法为机械合金化和热等静压成型；

（2）中间层箔材，成分为12wt.%ni，9wt.%cr,3wt.%b，2wt.%si，0.06wt.%c，纯度均为99.9%，其余为fe，厚度为20μm；

具体的焊接工艺为：

（1）表面处理

将含铝的氧化物弥散强化铁素体／马氏体钢的待焊接面和中间层箔片分别进行打磨，然后分别放入丙酮溶液中超声清洗5min～10min，冷风吹干，得到预处理后的含铝氧化物弥散强化铁素体／马氏体钢和预处理后的中间层箔片；

按照从上到下的依次为预处理后的含铝氧化物弥散强化铁素体／马氏体钢、预处理后的中间层箔片和预处理后的含铝氧化物弥散强化铁素体／马氏体钢的顺序装配；

（2）焊接设备采用真空热压炉，升温速度为8℃/min，焊接温度为1190℃，保温时间为2h，压力为10mpa，真空度为5×10-3pa；

（3）所述的经过焊接后的含铝的弥散强化铁素体／马氏体钢与中间层箔材的界面处生成了高密度、纳米尺寸的nial相，焊接后的含铝的弥散强化钢在室温至700℃的温度范围内的拉伸测试中，样品都在含铝的弥散强化钢部分断裂。