高热强性低活化铁素体/马氏体钢组织设计及其搅拌摩擦焊接

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    U1660201
  • 项目类别:
    联合基金项目
  • 资助金额:
    256.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E04.矿业与冶金工程
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

With the promising development opportunity for nuclear power construction, the high-technology export with nuclear power as the representative has been turned into one key role to promote our country's economic development, which makes urgent requirements for the localization of key components for nuclear power equipment. Reduced activation ferritic/martensitic (RAFM) steels have been widely used as the candidate structural materials for cladding and outer tubes of fuel assemblies in advanced fast reactors, and the primary structural materials for cladding structure in future fusion reactors. To improve the thermal efficiency and safety of the nuclear power plants, it is essential to further improve the heat resistance and radiation stability of the RAFM steels. In this project, based on the previous completed studies on high Cr ferritic heat-resistant steel for power plants and the selection principle for reduced activation elements, regarding the composition design and optimization, attention would be focused on the combined effects of W and Ta on microstructure and mechanical performance of RAFM steels, as well as the trace addition of Zr, with respect to the microstructure modification, the strengthening mechanism combining sub-boundary hardening and precipitation hardening would be stressed, aimed at attaining the refined martensite laths that are pinned by the nano-scale precipitates with high thermal stability. Considering the limitations of diffusion bonding technology (adopted in the manufacture of cladding part of fusion plant) in joining large sized parts, the exploration and optimization of friction stir welding process for RAFM steels would be conducted, and the strength degradation mechanisms of the joints would be clarified. The strategies to improve the reliability of the friction stir welded joints would also be developed, to ensure the consistent high-temperature performance of the overall joined component and promote the development of nuclear advanced manufacturing industry.
核电建设正迎来战略发展机遇期,以核电为代表的高端科技出口已成为推动我国经济发展的重要力量,这其中迫切需要实现核电关键部件的国产化。低活化铁素体/马氏体钢广泛应用于先进快堆燃料组件包壳管和外套管,以及未来聚变堆包层结构,进一步提高其热强性和辐照稳定性对改善建设机组的热效率及安全可靠性具有重要意义。本项目拟在前期已完成的火电用高Cr铁素体耐热钢的研发基础上,依据低活化元素选取原则,在钢材合金成分设计中重点考虑W、Ta组元间的交互作用,以及痕量Zr组元的添加;在组织设计中突出亚晶强化和沉淀相复合强化机制,实现纳米级高热稳定性沉淀相对细化马氏体板条界的有效钉扎作用。由于已在核聚变包层模块应用的扩散连接技术受炉体尺寸限制,难以完成大工件连接,拟开展低活化铁素体/马氏体钢搅拌摩擦焊工艺探索及优化,阐明接头高温强度退化机制,提出相应强化方法,实现构件整体高温性能的一致性,从而为核电高端制造产业发展助力。

结项摘要

核电建设正迎来战略发展机遇期,以核电为代表的高端科技出口已成为推动我国经济发展的重要力量,这其中迫切需要实现核电关键部件的国产化。低活化铁素体/马氏体钢广泛应用于先进快堆燃料组件包壳管和外套管,以及未来聚变堆包层结构,进一步提高其热强性和辐照稳定性对改善建设机组的热效率及安全可靠性具有重要意义。本项目在前期已完成的火电用高Cr铁素体耐热钢的研发基础上,开展了相变行为及沉淀演化的研究,完成了合金优化设计,开发了微观组织设计与调控方法,在低活化铁素体/马氏体钢高温塑性变形机制研究的基础上形成了搅拌摩擦焊工艺优化指导方案,澄清了搅拌摩擦焊接头蠕变失效机制。取得的重要成果包括:澄清了低活化铁素体/马氏体钢中的板条马氏体非连续转变动力学,提出了板条马氏体相变的“局域应力场”理论,揭示了退火孪晶与冷却速率对板条马氏体非连续转变动力学的影响机制;开发了Ta/Zr复合强化的高热强性低活化铁素体/马氏体钢种,600℃、180MPa蠕变寿命相较于未添加Ta/Zr钢种提升30倍以上;探明了低活化铁素体/马氏体钢在中高温条件下的动态应变时效行为的机制,指出溶质原子在中温区间与可移动位错交互作用增强限制了可移动位错的移动性,塑性变形过程是通过位错“雪崩式”增殖进行,导致了塑性的降低;开发了“中温轧制&两步回火”工艺,实现了组织细化,从而使得强度与塑性同步提升;探明了摩擦搅拌焊工艺参数对焊接接头缺陷和性能的影响,澄清了焊接工艺参数对接头组织形成及演化的作用机制;发现了接头中的组织不均匀性对蠕变过程有重要影响,热影响区中存在的等轴晶粒及粗大第二相是导致接头蠕变失效的最关键因素。项目执行期间,累计发表标注资助的SCI收录论文54篇,授权中国科技发明专利11项。本项目的顺利实施将助于提升我国核电关键构件的整体制造水平,推进中国核聚变实验堆的研发进程。

项目成果

期刊论文数量(46)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(11)
Study of the kinetics of austenite grain growth by dynamic Ti-rich and Nb-rich carbonitride dissolution in HSLA steel: In-situ observation and modeling
HSLA 钢中富钛和富铌碳氮化物动态溶解的奥氏体晶粒长大动力学研究:原位观察和建模
  • DOI:
    10.1016/j.matchar.2020.110612
  • 发表时间:
    2020-11-01
  • 期刊:
    MATERIALS CHARACTERIZATION
  • 影响因子:
    4.7
  • 作者:
    Zhang, Yang;Li, Xiaohua;Li, Huijun
  • 通讯作者:
    Li, Huijun
Study on microstructure and mechanical properties of direct diffusion bonded low-carbon RAFM steels
直接扩散结合低碳RAFM钢的显微组织和力学性能研究
  • DOI:
    10.1016/j.jmapro.2019.05.020
  • 发表时间:
    2019-07
  • 期刊:
    JOURNAL OF MANUFACTURING PROCESSES
  • 影响因子:
    6.2
  • 作者:
    Chen Jianguo;Liu Chenxi;Wei Chen;Liu Yongchang;Li Huijun
  • 通讯作者:
    Li Huijun
The heterogeneous microstructure of heat affect zone and its effect on creep resistance for friction stir joints on 9Cr-1.5 W heat resistant steel
9Cr-1.5W耐热钢搅拌摩擦接头热影响区非均质组织及其对抗蠕变性能的影响
  • DOI:
    10.1016/j.scriptamat.2018.08.028
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Scripta Materialia
  • 影响因子:
    6
  • 作者:
    Zhang Chao;Cui Lei;Wang Dongpo;Liu Yongchang;Liu Chenxi;Li Huijun
  • 通讯作者:
    Li Huijun
Galvanic corrosion behaviors of the low-carbon ferritic stainless steel ERW (electrical resistance welding) joint in the simulated seawater
低碳铁素体不锈钢ERW(电阻焊)接头在模拟海水中的电偶腐蚀行为
  • DOI:
    10.1108/acmm-01-2020-2247
  • 发表时间:
    2020-04
  • 期刊:
    ANTI-CORROSION METHODS AND MATERIALS
  • 影响因子:
    1.2
  • 作者:
    Li Xiaohua;Shao Yi;Miao Weixing;Liu Yongchang;Liu Chenxi
  • 通讯作者:
    Liu Chenxi
Thermal simulation on double-pass welding of a high Cr ferritic steel
高铬铁素体钢双道焊热模拟
  • DOI:
    10.1016/j.jmapro.2019.05.012
  • 发表时间:
    2019-07
  • 期刊:
    JOURNAL OF MANUFACTURING PROCESSES
  • 影响因子:
    6.2
  • 作者:
    Shao Yi;Yan Biyu;Liu Yihuan;Mao Chunliang;Wei Chen;Liu Yongchang;Yan Zesheng;Li Huijun;Liu Chenxi
  • 通讯作者:
    Liu Chenxi

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其他文献

Microstructure evolution behavior of Ni3Al (γ′) phase in eutectic γ-γ′ of Ni3Al-based alloy
Ni3Al基合金共晶γ-γ'中Ni3Al(γ')相的显微组织演化行为
  • DOI:
    10.1016/j.intermet.2018.04.010
  • 发表时间:
    2018-07
  • 期刊:
    Intermetallics
  • 影响因子:
    4.4
  • 作者:
    丁俭;姜珊;李彦默;伍宇婷;吴静;彭远祎;何鑫;夏兴川;李冲;刘永长
  • 通讯作者:
    刘永长
Mg-Cu-B熔体中MgB2超导化合物的
  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    低温物理学报,29(2007)188-191.
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨雅娟;刘永长;史庆志;马宗青
  • 通讯作者:
    马宗青
pH值对CLAM钢扩散连接接头应力腐蚀行为的影响
  • DOI:
    10.13289/j.issn.1009-6264.2016.10.021
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    材料热处理学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈建国;刘晨曦;伍宇婷;刘永长;李会军
  • 通讯作者:
    李会军
Cu/Y_2O_3掺杂MgB_2的组织控制及动力学分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    材料热处理学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    蔡奇;刘永长;马宗青;高志明;余黎明
  • 通讯作者:
    余黎明
超高临界压发电厂锅炉管用铁素体
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    材料导报,20(2006)83-86.
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    宁保群;刘永长;殷红旗;韩雅静
  • 通讯作者:
    韩雅静

其他文献

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刘永长的其他基金

核聚变堆包层模块同种/异种耐热钢固相焊接加工基础研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    300 万元
  • 项目类别:
    重点项目
低活化铁素体钢高温构件均质连接及可靠性评价
  • 批准号:
    51474156
  • 批准年份:
    2014
  • 资助金额:
    88.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
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  • 批准号:
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  • 批准年份:
    2010
  • 资助金额:
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  • 项目类别:
    面上项目
650℃铁素体锅炉用钢材料及其焊接性能研究
  • 批准号:
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  • 批准年份:
    2008
  • 资助金额:
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  • 项目类别:
    联合基金项目
快速凝固大尺寸超导化合物MgB2形成机理与单晶制备
  • 批准号:
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  • 批准年份:
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  • 资助金额:
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  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似国自然基金

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相似海外基金

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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