【摘要】：低活化鐵素體/馬氏體(RAFM)鋼是國(guó)際熱核聚變堆實(shí)驗(yàn)包層模塊ITER-TBM的首選結(jié)構(gòu)材料,其在ITER-TBM壽期內(nèi)受到的中子輻照累積劑量不超過3dpa,服役溫度為300～500℃。核材料服役期間,中子輻照損傷的長(zhǎng)期累積,會(huì)在材料內(nèi)部產(chǎn)生點(diǎn)缺陷團(tuán)、空洞、位錯(cuò)環(huán)、偏析等微觀輻照缺陷,宏觀上則表現(xiàn)為輻照硬化、輻照脆化等系列效應(yīng),這不僅僅與輻照劑量相關(guān),還受到溫度以及與輻照劑量等協(xié)同作用的影響。為確保RAFM鋼在ITER中服役的安全可靠性,需要開展服役溫度下ITER劑量的中子輻照實(shí)驗(yàn),通過輻照前后材料微觀結(jié)構(gòu)表征和宏觀性能測(cè)試,結(jié)合輻照損傷理論,綜合評(píng)估材料的服役性能。本文以FDS鳳麟核能團(tuán)隊(duì)主持研發(fā)的具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的聚變堆結(jié)構(gòu)材料RAFM鋼-中國(guó)抗中子輻照鋼(CLAM鋼)為研究對(duì)象,開展了近ITER劑量中子輻照問題研究。一方面開展300℃/1.61dpa和480℃/1.73dpa中子輻照實(shí)驗(yàn),通過輻照前后拉伸和沖擊性能的測(cè)試分析,研究CLAM鋼的中子輻照硬化和脆化行為;另一方面分別開展與中子輻照實(shí)驗(yàn)相對(duì)應(yīng)的300℃/2264h和480℃/2424h等溫等時(shí)時(shí)效實(shí)驗(yàn),通過測(cè)試和表征時(shí)效前后CLAM鋼力學(xué)性能變化及微觀結(jié)構(gòu)演變,探究CLAM中子輻照損傷中熱效應(yīng)的影響。主要結(jié)論如下:(1)CLAM鋼300℃/1.61dpa中子輻照實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,輻照后韌脆轉(zhuǎn)變溫度DBTT升高了 56℃,輻照脆化效應(yīng)比較明顯,同時(shí)出現(xiàn)了一定程度的輻照硬化,室溫測(cè)試時(shí),其屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度相比輻照前分別增加56MPa和29MPa,增大了 10.37%和 4.37%。(2)CLAM鋼480℃/1.73dpa中子輻照實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,輻照后韌脆轉(zhuǎn)變溫度DBTT升高了 10℃,輻照脆化效應(yīng)相對(duì)較小,但輻照硬化效應(yīng)相對(duì)明顯,室溫測(cè)試時(shí)其屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度相比輻照前分別增加了 164MPa和137MPa,增大了 36.50%和 22.30%。(3)CLAM鋼的中子輻照性能與國(guó)際同類低活化鋼對(duì)比結(jié)果顯示,相近輻照條件下CLAM鋼的抗中子輻照硬化與脆化性能與Eurofer97和F82H相當(dāng),甚至更加優(yōu)異。(4)CLAM鋼300℃/480℃等時(shí)時(shí)效實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,熱時(shí)效在材料中子輻照硬化和脆化中的作用不顯著。等時(shí)時(shí)效后300℃測(cè)試時(shí),其屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度相比時(shí)效前均有所降低,說明高溫服役時(shí)熱效應(yīng)反而會(huì)削弱中子輻照過程中的綜合硬化效應(yīng)。300℃時(shí),熱效應(yīng)在CLAM鋼中子輻照脆化中的影響占比約為3.57%,480℃時(shí),熱效應(yīng)在CLAM鋼中子輻照脆化中的影響占比為20.00%,但DBTT均只升高了 2℃,熱時(shí)效對(duì)CLAM鋼中子輻照脆化的影響較弱。因此,在本輻照實(shí)驗(yàn)條件下,劑量效應(yīng)以及劑量與溫度的協(xié)同作用是導(dǎo)致CLAM鋼中子輻照硬化與脆化的主要因素。(5)CLAM鋼時(shí)效初期原奧氏體晶粒粗化速率較快,300℃等時(shí)時(shí)效時(shí),晶粒尺寸增至8.92μm,相比時(shí)效前增加了 14.07%,繼續(xù)時(shí)效至5000h,晶粒長(zhǎng)大至9.39μm,增長(zhǎng)了 20.0707%;480℃等時(shí)時(shí)效時(shí),晶粒尺寸增至9.62μm,增長(zhǎng)了23.02%,繼續(xù)時(shí)效至5000h,晶粒尺寸與等時(shí)時(shí)效情況下相當(dāng)。晶粒粗化使得材料內(nèi)部大角度晶界比例降低。(6)CLAM鋼時(shí)效過程中馬氏體板條寬度增加,初始的較為平直馬氏體板條會(huì)變得彎曲甚至退化成亞晶,材料內(nèi)部小角度晶界比例增加;第二相數(shù)密度和尺寸在時(shí)效過程中逐漸增加。480℃時(shí)效5000h時(shí),馬氏體板條寬度及M23C6相顆粒尺寸增長(zhǎng)最大,相比時(shí)效前,分別增長(zhǎng)了 32.66%和23.02%。本論文的研究成果一方面評(píng)估了近ITER劑量輻照條件下CLAM鋼的服役性能,揭示了中子輻照損傷中熱效應(yīng)的影響規(guī)律,另一方面豐富了抗輻照材料實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù),并為結(jié)構(gòu)材料未來的發(fā)展、改進(jìn)和優(yōu)化提供數(shù)據(jù)參考。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TL627
【圖文】：

ＢＯＲ６０中３００°Ｃ輻照后，材料內(nèi)部產(chǎn)生大量的位錯(cuò)環(huán)、析出相等缺陷，材料的逡逑屈服強(qiáng)度增量隨輻照劑量的升高而增大，當(dāng)劑量高于ｌ0ｄｐａ時(shí)，有趨于飽和的趨逡逑勢(shì)，如圖１．１所示［４４，４５］。隨輻照劑量的升高，幵脆轉(zhuǎn)變溫度（Ｄｕｃｔｉｌｅ－Ｂｒｉｔｔｌｅ邋Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ逡逑Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ＤＢＴＴ）的增量也逐漸增大。當(dāng)福照齊ＩＪ量低于１５ｄｐａ時(shí)，ＡＤＢＴＴ逡逑隨輻照劑量的升高而快速增加，輻照脆化明顯，隨著輻照劑量的進(jìn)一步升高，輻逡逑照脆化趨于飽和，如圖１．２所示［４火逡逑＿丨＿＾邋＾00邋ｒ邐ｔｏｒｎＭｕｒ＊邋？邐ｌ？ｒｔｐａｒＭｕｒ？逡逑Ｑ邐？邋３００－＾２５邋Ｃ逡逑１邋？0邐ｙ邐邐—＾逡逑0）邐ＦｉｉＣＵＲ0ＰＣＲ？Ｔ逡逑｜邋４００邐，逡逑？ｇ邋３00邐ｆ邋ＯＭ邐｜邋Ａ邐？邋ＰＵｔ？邋？邋ｍ？ｎ邋｜ＭＦ０邋？邋９００邋Ｃ｜￣￣逡逑Ｖ邐Ｄ邐Ｃ９７邋？邋Ｐｔｏｔ＊邋？邋（？0ＲｆＯ邋３２９邐＊Ｃ）逡逑？邐２００邐Ａ邐Ｃ？７邋？邐？邋ｍｍ邋｜Ｈｎ＞邋．邋１００邐Ｃ＼逡逑Ｓ邐Ｍ邐Ｏ邋Ｃ０７邋？邋Ｂ？．邐？邋３００邋Ｘ）邋ｉ逡逑坊邋ｆｔｎ邋８邐？邋Ｃ”邋？邋Ｌ？ｂ邋（ＨＦＢ邋ＷＯ邋Ｘ｜邐，逡逑２邐１ＵＵ邐ｆ邐0邐ｒ？３Ｈ邐？邋？３邋－Ｃ）逡逑４＞邐＇邐？邐ｒ？２Ｈ邐［0Ｍｒｂ邋－邋ｍ邋0逡逑＞邋0ｌ邐邋？…－＾－＝：逡逑０邐５邐１０邐１５邐２０邐２５邐３０邐３５邐４０邐４Ｓ逡逑Ｄｏｓｅ邋（ｄｐｏ）逡逑圖１．１邋Ｅｕｒｏｆｅｒ９７中子輻照硬化與輻照劑量的關(guān)系逡逑２５０－邐邐邐邋＾逡逑。嶀邐＊逡逑ｔ邋１５０－邐邐，逡逑Ｈ邐厶邐Ｆ８２Ｈ

ＢＯＲ６０中３００°Ｃ輻照后，材料內(nèi)部產(chǎn)生大量的位錯(cuò)環(huán)、析出相等缺陷，材料的逡逑屈服強(qiáng)度增量隨輻照劑量的升高而增大，當(dāng)劑量高于ｌ0ｄｐａ時(shí)，有趨于飽和的趨逡逑勢(shì)，如圖１．１所示［４４，４５］。隨輻照劑量的升高，幵脆轉(zhuǎn)變溫度（Ｄｕｃｔｉｌｅ－Ｂｒｉｔｔｌｅ邋Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ逡逑Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ＤＢＴＴ）的增量也逐漸增大。當(dāng)福照齊ＩＪ量低于１５ｄｐａ時(shí)，ＡＤＢＴＴ逡逑隨輻照劑量的升高而快速增加，輻照脆化明顯，隨著輻照劑量的進(jìn)一步升高，輻逡逑照脆化趨于飽和，如圖１．２所示［４火逡逑＿丨＿＾邋＾00邋ｒ邐ｔｏｒｎＭｕｒ＊邋？邐ｌ？ｒｔｐａｒＭｕｒ？逡逑Ｑ邐？邋３００－＾２５邋Ｃ逡逑１邋？0邐ｙ邐邐—＾逡逑0）邐ＦｉｉＣＵＲ0ＰＣＲ？Ｔ逡逑｜邋４００邐，逡逑？ｇ邋３00邐ｆ邋ＯＭ邐｜邋Ａ邐？邋ＰＵｔ？邋？邋ｍ？ｎ邋｜ＭＦ０邋？邋９００邋Ｃ｜￣￣逡逑Ｖ邐Ｄ邐Ｃ９７邋？邋Ｐｔｏｔ＊邋？邋（？0ＲｆＯ邋３２９邐＊Ｃ）逡逑？邐２００邐Ａ邐Ｃ？７邋？邐？邋ｍｍ邋｜Ｈｎ＞邋．邋１００邐Ｃ＼逡逑Ｓ邐Ｍ邐Ｏ邋Ｃ０７邋？邋Ｂ？．邐？邋３００邋Ｘ）邋ｉ逡逑坊邋ｆｔｎ邋８邐？邋Ｃ”邋？邋Ｌ？ｂ邋（ＨＦＢ邋ＷＯ邋Ｘ｜邐，逡逑２邐１ＵＵ邐ｆ邐0邐ｒ？３Ｈ邐？邋？３邋－Ｃ）逡逑４＞邐＇邐？邐ｒ？２Ｈ邐［0Ｍｒｂ邋－邋ｍ邋0逡逑＞邋0ｌ邐邋？…－＾－＝：逡逑０邐５邐１０邐１５邐２０邐２５邐３０邐３５邐４０邐４Ｓ逡逑Ｄｏｓｅ邋（ｄｐｏ）逡逑圖１．１邋Ｅｕｒｏｆｅｒ９７中子輻照硬化與輻照劑量的關(guān)系逡逑２５０－邐邐邐邋＾逡逑。嶀邐＊逡逑ｔ邋１５０－邐邐，逡逑Ｈ邐厶邐Ｆ８２Ｈ

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前7條

1 趙飛;任永海;羅敏;葉翠;李妮;劉燕;;500℃長(zhǎng)期時(shí)效對(duì)CLAM鋼顯微組織的影響[J];材料導(dǎo)報(bào);2012年08期

2 趙飛;嚴(yán)琰;羅敏;葉翠;;CLAM鋼在600℃長(zhǎng)期時(shí)效過程中的組織演化[J];熱加工工藝;2012年06期

3 徐步朝;張延飛;花明;;低碳背景下中國(guó)核能發(fā)展的模式與路徑分析[J];資源科學(xué);2010年11期

4 黃群英;李春京;李艷芬;劉少軍;吳宜燦;李建剛;萬(wàn)發(fā)榮;巨新;單以銀;郁金南;朱升云;張品源;楊建鋒;韓福生;孔明光;李合琴;室賀健夫;長(zhǎng)坂琢也;;中國(guó)低活化馬氏體鋼CLAM研究進(jìn)展[J];核科學(xué)與工程;2007年01期

5 吳宜燦;汪衛(wèi)華;劉松林;黃群英;鄭善良;王紅艷;陳紅麗;陳明亮;柏云清;宋勇;章毛連;柯嚴(yán);李春京;李艷芬;胡麗琴;劉萍;李靜驚;李瑩;許德政;曾勤;陳義學(xué);;ITER中國(guó)液態(tài)鋰鉛實(shí)驗(yàn)包層模塊設(shè)計(jì)研究與實(shí)驗(yàn)策略[J];核科學(xué)與工程;2005年04期

6 黃群英,郁金南,萬(wàn)發(fā)榮,李建剛,吳宜燦;聚變堆低活化馬氏體鋼的發(fā)展[J];核科學(xué)與工程;2004年01期

7 汪衛(wèi)華,吳宜燦,柯嚴(yán),,康志誠(chéng),王紅艷,黃群英;Fusion-Driven Sub-Critical Dual-Cooled Waste Transmutation Blanket:Design and Analysis[J];Plasma Science & Technology;2003年06期

本文編號(hào)：2717411