【摘要】：隨著我國核電能源產業(yè)的飛速發(fā)展,從反應堆卸出的高放射性乏燃料的后續(xù)處理問題變得日益重要。在眾多屏蔽材料中,高硼不銹鋼不僅能作為屏蔽材料也能作為結構材料,因此在離堆中間貯存中獲得廣泛使用。常見的高硼不銹鋼制備工藝為粉末冶金法和傳統熔鑄法。由于熱加工過程中難以避免生成低熔點共晶硼化物,導致材料塑性、韌性急劇下降,解決高硼不銹鋼難加工的問題已成為當下迫在眉睫的事情。針對上述問題,本文提出粉末包套真空熱軋復合法,制備出兼具中子屏蔽能力且力學性能優(yōu)良的高硼不銹鋼復合板。本文設計了一種真空加壓燒結裝置,在Gleeble-3500熱模擬試驗機上進行粉末燒結致密化模擬試驗。在溫度1100°C應變速率10s~(-1)條件下,研究了不同壓下量對致密化的影響以及真空度對復合界面的影響。研究發(fā)現變形量在60%時燒結體相對密度達到98%。真空度越高,復合界面氧化越少,結合強度更好。當真空度為5Pa或更高時,復合界面發(fā)生了良好的冶金結合,無氣孔夾雜等缺陷。參考模擬試驗數據,制訂了實際可行的粉末包套真空熱軋工藝參數。為得到芯層厚度:覆層厚度=4:1的復合板,設計合理的包套尺寸,經后期試驗檢驗,實際結果跟預期結果接近。使用真空釬焊爐,在1130°C真空度2.2×10~(-2)Pa的環(huán)境下焊封包套。之后采用多道次小變形量的方法將包套鍛軋成厚度為3mm的薄板。對復合板進行1050°C1h的固溶處理。通過粉末包套真空熱軋復合法制備的高硼不銹鋼復合板,其復合界面實現了冶金結合,硼化物呈小尺寸顆粒均勻分布在晶界上,大力改善了高硼不銹鋼復合板力學性能。檢測了芯材成分與304B7A接近的復合板的力學性能,其中復合板的屈服強度超過美國ASTM A887-89標準的技術要求,伸長率是304B7A高硼不銹鋼板的1.7倍。本文提出粉末包套真空熱軋制備高硼不銹鋼復合板的思路,并進行了工藝基礎研究,能對我國高硼不銹鋼的設計和生產提供理論依據和技術指導,具有重要的實際工程意義。
【學位授予單位】：燕山大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TG335
【圖文】：

1.1.1 核電發(fā)展現狀核電能源產業(yè)是我國新能源產業(yè)的重要組成部分，在能源結構中占有重要地[1-4]。核電能源產業(yè)，具有清潔、低碳、穩(wěn)定、高能量密度的特點，大力發(fā)展核電源，是治理當今霧霾污染的重要方法之一。經過 30 年的發(fā)展，我國核電產業(yè)不斷型升級，走出了“引進消化吸收”到“再創(chuàng)新”的成功路線。2011 年，具有第四代特的中國實驗鈉冷快堆實現 40%功率并網發(fā)電。由于鈉化學性質活潑，突發(fā)事故時快速排出熱量。高溫氣冷堆是我國清華大學研究開發(fā)的具有第四代特征的核電技目前正在山東榮成石島灣建造全球首套200MW 高溫氣冷堆核電站示范堆(HTGR)現今我國核電產業(yè)已經初具規(guī)模，在運核電機組 30 臺，總裝機容量 2800 萬瓦；在建機組 24 臺，總裝機容量 2600 萬千瓦[6]。根據我國《核電中長期發(fā)展規(guī)（2011—2020 年）》[7]，到 2020 年，核電運行裝機容量達到 5800 萬千瓦，在建 3萬千瓦。隨著我國核電能源產業(yè)的飛速發(fā)展，從反應堆卸出的高放射性乏燃料的續(xù)處理問題變的日益重要。圖 1-1 給出了全球核電站乏燃料處理及貯存統計數據。

圖 1-2 常用乏燃料干式貯存容器(a) 貯運雙功能金屬容器；(b) HI-STORM 儲存外包裝和內容器 硼元素對不銹鋼性能的影響乏燃料中包含有大量的放射性元素，如不同等級的中子、γ 射線、二次射線不加以妥善處理，會嚴重污染環(huán)境和影響人體健康[11]。熱中子吸收材料，兩個優(yōu)點，備熱中子吸收截面大和俘獲 γ 輻射能量低。表 1-2 列出一些相關熱中子和俘獲 γ 射線的能力對比，可見天然 B 有著很大的熱中子俘獲截面生（n, ）反應，吸收中子后產生易被屏蔽的 粒子和次級 γ 射線[12]，因此屏蔽材料都會添加 B 元素。屏蔽材料主要分為以下幾類[13]：1、無機非金屬材加硼酸、鋰鹽等具有吸收中子作用的物質的混凝土、玻璃等；2、高分子聚，將碳化硼粉末、鉛粉和稀土元素均勻彌散在基體中，鉛硼聚乙烯、透明稀土高分子復合材料等；3、合金材料，如含硼不銹鋼、含硼鋁合金，以及 B4材料。

【參考文獻】

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本文編號：2722689