用HIPping还原活化铁素体/马氏体钢制造ITER试验包层模块第一壁构件

Takanori Hirose，Mikio Enoeda，Hiroyuki Ogiwara，Hiroyasu Tanigawa

发表于2011年热等静压国际会议，日本神户，2011年4月12-14日
提交：2011年4月12日，接受：2011年6月17日

主题

摘要
关键词
介绍
方法和材料欧洲杯足球竞彩
第一墙的制造过程
第一墙制造的髋部条件优化
结论
参考文献
联系方式

摘要

低活化铁素体/马氏体(RAFM)钢是聚变反应堆包层系统的首选结构材料。热等静压工艺是ITER试验包层模块第一壁(FW)内置冷却通道的关键技术。本文综述了为获得优良接头而进行的HIP条件优化和FW制造工艺评价的研究进展。优化了预热脱气等预热处理，以减少接头表面氧化导致的冲击性能退化。经过优化的热处理条件，接头的韧性与母材相当。至于组件制造，FW的全尺寸模型已开发使用RAFM。由于支撑作用，热等静压变形在允许范围内。通过优化的热处理条件和热处理后的热处理，获得了晶粒较细的组织。

关键词

铁素体/马氏体钢，熔覆层，第一层，冲击性能，断裂韧性

介绍

毛毯是一种容器内组件，起到热交换和燃料繁殖的作用。热熔毯的第一壁(FW)面对聚变等离子体，其温度为0.5 MW/m²来自等离子体的热量。因此，大多数毛毯的设计都采用内置冷却通道的FW[1-3]。FW的温度为0.78 MW/m²中子的负载。因此，采用低活化铁素体/马氏体钢(RAFMs)作为熔覆层的结构材料，因为其具有良好的抗辐照损伤能力[4]。这种内置冷却通道的RAFMs和FW的精致组合在世界各地得到了广泛的研究。日本原子能机构(JAEA)与[5]工业公司合作开发了热等静压(HIP) FW制造技术。JAEA同时进行了三项开发工作，即对制造工艺的验证、对模型的性能测试和改进接头质量。在过去的几十年里，一些FW模型是使用日本rafm和F82H开发的，以验证工业规模[6]的制造过程。确定了该工艺在工业规模上是可行的。在接头质量方面，有报道称，夹杂物严重降低了界面[7]的冲击性能，而常规的无损检测无法检测到夹杂物。因此，近年来研究的热点是降解提高韧性的机理。由于HIP工艺的压力和温度有限，为了提高韧性，有必要明确优化的预处理方法。 The dimensions of FW for WCCB blanket are 232 mm width, 1700 mm height and 600 mm depth. At present, the available highest temperature and pressure for the FW are 2000 °C and 181 MPa, respectively [8]. F82H should be HIP’d at its austenizing temperature range, from 930 to 1150 °C [9]. In this temperature range, F82H shows below 100 MPa of yield stress. Thus the HIP temperature and pressure are within limit of the available HIP units. For improvement of the toughness, effects of degassing and surface-finishing were investigated in this work. This paper reviews the R&D status of fabrication of the FW and to clarify the key technical points for the high quality HIP joint.

方法和材料欧洲杯足球竞彩

本作工作中使用的材料是RAFMS F82H（Fe-0.1C-8Cr-2W-0.2V-0.04TA）。从F82H [10]的32mm厚板中切出优化研究的样品，然后机械抛光接头表面。在罐中之前，将一些样品随后是电解抛光。通过管穿透SUS304罐在400或600℃的温度范围内脱气。使用Kobelco O，在1100℃下在1100℃下进行，臀部在150MPa下进行两小时₂-dr。Hip用钼加热器或金属科技有限公司的商业设备。髋关节在960和750°C下热处理，以优化微观结构[9]。子大小的夏比冲击样本（3.3 x 3.3 x 20 mm^3.)，并在接头界面上设置v型切口。使用扫描电子显微镜(SEM)和能量色散x射线能谱(EDX)检查了接头界面上的微观结构。

图1。第一个墙壁模型的配置。

第一墙的制造过程

图1显示了水冷陶瓷增殖层(WCCB)的FW结构。FW由4mm厚的表面板、10mm厚的支撑板和矩形管组成，矩形管的横截面为11mm的正方形(外)，厚度为1.5 mm，总厚度为25mm。制备工艺简述如下。管和板弯曲成u形，曲率半径为50毫米。管子插入板之间，外部HIP接口采用焊接而不是封装。HIP界面通过穿透外表面到HIP界面的管道脱气。在这些初步处理之后，进行HIP和HIP后热处理。F82H。在此过程中，管和板的尺寸公差被严格控制。试管经精密冷拔后，尺寸误差控制在50µm[11]以下。 The outer radius in the square cross section was less than 1.4 mm.

酸性洗涤后Rz的表面粗糙度为8μm[12]。将盖板热轧和铣削到平坦的表面。由于弯曲导致的工作耐受介绍了髋关节界面上的装配间隙。据证明，通过臀部封闭小于0.8mm的装配间隙，尽管在肘部的管子和板之间的臀部界面处引入楔形间隙。弯曲使管的横截面变形为梯形形状，外边缘10.6mm内边缘。图2显示了超声波检查对FW全面模型的弯曲部分的结果。甚至使用具有10至50MHz频率的相位巷超声波在弯头处检测到肘部中没有大于0.1mm的缺陷。如该图所示，检查在表面和背板上进行检查。尽管可以检查板和管之间的界面，但是有必要开发一种检查管之间接口的方法。在从FW的两端切出的样品上进行微观结构观察。 In general, HIP interfaces were hardly detected with SEM even at triple points as shown in Figure 3(a). However, some inclusions in line indicated the interface as shown in Figure 3(b). The average size of the inclusions was less than 5 µm. The inclusions were identified as complex oxides contain tantalum and chromium.

虽然氧化物可以降解界面的热量和机械性能，但是在磨料等效热条件下使用具有高热通量测试的全级模型来确认冷却能力[13]。这些测试表明，HIP的FW满足了磨料 - 测试毯模块的热和液压要求。然而，由于FW中的髋关节周围的髋关节的体积限制，难以使用常规的破坏性测试技术来确保髋关节的机械性能。因此，使用用相同的髋部序制备的虚设关节的样品评价裂缝性能。有必要使用小型试样技术开发一个破坏性评估方法，这使得能够从FW自身测试接头[14]。

随着规模的增加，由于自己的重量，变形需要注意。在Labo-Scale模拟中，用10mm厚的背板成功地抑制变形[5]。变形导致FW和侧壁之间的对接焊接接头中的未对准。全面的模型必须在臀部炉中直立。因此，在背板上焊接网格状支撑。在髋关节热处理后，等离子体面向平面的中间的最大变形小于7mm。在以下焊接过程之前足以补偿足够小[15]。从这些结果来看，技术问题不在制造过程中，但在质量保证，包括破坏性和非破坏性检查方法。

第一墙制造的髋部条件优化

以前的工作表明，拉伸性能对髋关节的质量根本不敏感。髋关节接头的强度和延性与母材非常相似。另一方面，韧性对接头[7]的质量非常敏感。因此，我们采用夏比冲击试验来探讨早期治疗的情况。表面处理和脱气对于高质量接头非常重要。前者是去除包括氧化物在内的表面层，改善接触条件。后者抑制罐头材料的氧化。图4显示了不同表面处理的HIP接头上架能量。如图所示，无论机械抛光与否，电解抛光后的表面韧性与母材非常相似。另一方面，如果不进行电解抛光，镜面抛光并不能提高韧性。 Thus it is necessary to remove a work affected layer to achieve excellent toughness rather than surface roughness.

图5显示了脱气温度对F82H髋关节冲击性能的影响。用氧化铝粉机械抛光髋关节表面至0.1μm的Ra。值得注意的是，球岩对脆性转变温度没有显着差异。然而，髋关节的断裂表面显示出微小的凹坑，包括氧化物。高密度氧化物阻止了延展性凹坑的生长，并且允许沿界面容易地传播裂纹，导致韧性较小。

图2。超声波检查对全面模拟的弯曲部分

图3。在样本中切出的髋关节界面从模型中切出。（a）髋关节界面的三重点。（b）纵向截面中表面板和管之间的髋关节界面

图4。初步治疗对F82H髋关节夏比冲击性能的影响。

图5。脱气温度对F82H髋关节夏比冲击性能的影响。

热解吸光谱显示，氧化气体的解吸峰在400℃[16]以下。但应在600℃以上进行脱气，以抑制氧化物，并严格控制脱气条件。从这些结果可以看出，消除工作影响区和控制表面氧化是提高焊接性能的关键。可以说，电解抛光和组装工艺应在脱气后的还原气氛中进行。

结论

审查了HIP的研发状况，以确定来自JAEA最近成就的FW制造的关键技术问题。衍生的主要结论如下：

1. 全面的模型已经成功地以工业规模开发。它满足磨料测试毯模块的热和液压要求。
2. 必须建立包括破坏性和非破坏性检验方法在内的质量保证程序。
3. 去除工作影响层和抑制氧化是保证接头牢固的关键因素。

参考文献

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联系方式

Takanori Hirose¹, Mikio Enoeda¹Hiroyuki微笑,²，Hiroyasu Tanigawa.^3.
1日本原子能机构，801-1穆库玛，纳卡，茨城，茨城3110193，日本
²大阪大学，2-1 yamadaoka，Suita，Osaka，日本565-0871
^3.日本原子能机构，2-166 oaza-Obuchi-Aza-Omotedate，Rokkasho，Kamikita，Aomori 0393212，日本

本文还以“材料和材料处理技术进步”的印刷形式公布，13 [1]（2011）34-38。欧洲杯足球竞彩