反應(yīng)堆壓力容器(RPV)是核電站中不可更換的大型關(guān)鍵部件,其安全工作的時間決定了核電站的使用壽命。在服役時長期中子輻照會導(dǎo)致RPV鋼中析出納米富Cu相,使鋼的韌脆轉(zhuǎn)變溫度升高,斷裂韌性降低,增加了材料的脆化程度,嚴(yán)重影響RPV運行安全。研究納米富Cu相析出后的變形特征,可以間接地獲得RPV鋼力學(xué)性能變化的特征及其與位錯的交互作用機理,從而推斷其形變機制。本研究采用的三種RPV模擬鋼是在A508-Ⅲ鋼的基礎(chǔ)上提高了Cu的含量,并改變了合金元素Ni和Mn的含量。這三種RPV模擬鋼經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理后,在500℃時效不同時間并進(jìn)行了變形量為5%和10%的冷軋變形。采用高分辨透射電鏡(HRTEM)和能譜儀(EDS)研究了時效過程中納米富Cu相的晶體結(jié)構(gòu)及其演化過程;用HRTEM和EDS研究了變形后納米富Cu相的變形特征及其與位錯的交互機制;用維氏硬度計和納米壓痕儀研究了納米富Cu相在析出過程樣品硬度的變化和變形量對硬度的影響;用激光導(dǎo)熱儀研究了納米富Cu相在析出過程樣品導(dǎo)熱性能的變化以及冷軋變形對導(dǎo)熱系數(shù)的影響。(1)用HRTEM觀察了RPV模擬鋼在500℃時效過程中納米富Cu相的演化過程。納米富Cu相從b.c.c結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成9R結(jié)構(gòu),最后轉(zhuǎn)變成為f.c.t結(jié)構(gòu)或f.c.c結(jié)構(gòu)。在觀察的結(jié)果中發(fā)現(xiàn)9R結(jié)構(gòu)存在正交和單斜兩種變體。初次發(fā)現(xiàn)了尺寸達(dá)到14nm的b.c.c結(jié)構(gòu)的納米富Cu相。(2)冷軋變形引入的位錯會與納米富Cu相產(chǎn)生交互作用,使納米富Cu相產(chǎn)生不同的變形特征,納米富Cu相的變形特征與其晶體結(jié)構(gòu)、以及富Cu相與基體的取向關(guān)系相關(guān)。納米富Cu相的變形特征主要包括原子面的錯排、產(chǎn)生堆垛層錯、晶體結(jié)構(gòu)孿生變形;同一個納米富Cu相中存在多種不同的變形特征。(3)隨著變形量的增加,納米富Cu相形貌和結(jié)構(gòu)的變化更加明顯。發(fā)生孿生變形的納米富Cu相的結(jié)構(gòu)主要為f.c.c結(jié)構(gòu),孿晶面為{111}_(Cu)晶面,并且該晶面平行于{110}_(α-Fe)晶面,隨著變形量的增加,孿生數(shù)量增加。(4)添加合金元素Ni和Mn促進(jìn)納米富Cu相的析出。在相同時效處理條件下,添加Ni、Mn元素的RPV模擬鋼中析出的納米富Cu相的尺寸變化不明顯,在冷軋變形時對位錯的釘扎作用更強。(5)納米富Cu相的析出導(dǎo)致樣品性能產(chǎn)生了變化。隨時效時間的延長,RPV模擬鋼的硬度先增加后降低,在時效200h時硬度達(dá)到峰值。相對變形前的樣品,冷軋變形后樣品的硬度增加,并且隨著變形量的增加,硬度增加更明顯。變形量一定的情況下,時效時間延長,硬度變化的趨勢與變形前相同。隨時效時間的延長,RPV模擬鋼的導(dǎo)熱系數(shù)先減小后增大,在時效200h時導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)到最小值。冷軋變形使樣品的導(dǎo)熱系數(shù)降低,導(dǎo)熱系數(shù)變化的趨勢與變形前相同。
【學(xué)位單位】：山東理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TM623;TG142.1
【部分圖文】：

圖 1.3 壓水堆核電站工作流程示意圖Fig. 1.3 Schematic diagram of the working process of a pressurized water reactor1.3 RPV 材料的發(fā)展由于 RPV 服役于高溫高壓以及中子輻照的條件下，一旦出現(xiàn)事故，后果非常嚴(yán)重。因此要求 RPV 材料具備足夠的純凈度、致密度、均勻的成分分布，在中高溫度下具有優(yōu)良的力學(xué)性能，較高的冶金質(zhì)量、良好的耐蝕性、焊接性及較強的抗輻照性能和熱穩(wěn)定性等[5]。RPV 材料應(yīng)用初期，主要是根據(jù)當(dāng)時工程上應(yīng)用較成熟材料的基礎(chǔ)上改進(jìn)而來的，以保證材料具有優(yōu)良的工藝穩(wěn)定性、焊接性及較好的強度。美國初期建造的核電站[6]，RPV 采用的材料按照標(biāo)準(zhǔn) ASTMA201 制造的普通碳素鍋爐鋼板，但該鋼的抗拉強度僅為 382 MPa，后來采用了抗拉強度為 481MPa 的 A212B 鋼，但是該鋼的淬

應(yīng)力大于位錯能擺脫析出相阻礙的臨界切應(yīng)力時，位錯會越過析出相。位錯越過析相的方式主要有兩種，一種是位錯切過析出相，另一種是位錯繞過析出相，也就是謂的 Orowan 繞過機制，并留下 Orowan 位錯環(huán)[37]。相比于合金碳化物和氮化物等硬質(zhì)相，納米富 Cu 相因其剪切模量低于鐵素體體被歸類于軟顆粒。因此不同于硬質(zhì)顆粒與位錯交互時的 Orowan 繞過機制，當(dāng)位與納米富 Cu 相交互時，位錯可以切割并通過納米富 Cu 相。關(guān)于納米富 Cu 相與位的交互作用，研究中通過實驗和計算機模擬的方法，做了大量的研究。Yuta 等[38]別研究了納米富 Cu 相彌散鋼和 VC 顆粒彌散鋼，其中納米富 Cu 相的平均尺寸34nm，VC 顆粒平均尺寸為 39nm。將材料進(jìn)行拉伸和冷軋變形實驗，發(fā)現(xiàn) f.c.c 結(jié)的納米富 Cu 相彌散鋼的加工硬化率明顯低于 VC 顆粒彌散鋼，分析發(fā)現(xiàn) VC 顆粒圍存在高密度的位錯，而富 Cu 相周圍位錯較少，在塑性變形過程中位錯可以通過米富 Cu 相，這也是納米富 Cu 相彌散鋼的加工硬化率低的原因。Koichi 等[39]研究過時效納米富 Cu 相與位錯的相互作用，研究發(fā)現(xiàn)位錯越過納米富 Cu 相的方式取于納米富 Cu 相的尺寸大小，納米富 Cu 相的尺寸小于 70nm 時，位錯會切過納米Cu 相，當(dāng)尺寸大于 70nm，位錯則以 Orowan 機制繞過納米富 Cu 相。

山東理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 緒論Cu 相長軸方向與壓縮方向垂直時，納米富 Cu 相會變成針狀；棒狀的納米富 Cu 相長軸方向與壓縮方向平行時，納米富 Cu 相會變成等軸狀。Toshihiro[41]等研究發(fā)現(xiàn)在冷軋變形過程中直徑為 35nm 的近球形 -Cu 顆粒會沿軋制方向拉長，并且發(fā)現(xiàn)材料經(jīng)過大變形后， -Fe 基體中的富 Cu 相會發(fā)生溶解行為，并認(rèn)為 Cu 顆粒的溶解是通過在大變形的冷加工時，尖銳的顆粒尖端的位錯剪切，將 Cu 原子由原來的析出相重新動態(tài)分配融入固溶體引起的，并且在位錯剪切作用下 -Cu 顆粒/基體界面呈鋸齒狀或逐漸變模糊。Wang 等[41]研究發(fā)現(xiàn)在 400℃時效 4000h 后進(jìn)行 30%冷軋變形的 RPV模擬鋼中存在五重孿晶結(jié)構(gòu)的納米富 Cu 相，并提出了五重孿晶形成的位錯反應(yīng)機制是從兩個特定的 -Fe/Cu 界面發(fā)射的兩個 Shockley 不全位錯進(jìn)行交互產(chǎn)生的。

【相似文獻(xiàn)】

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1 解輝;王偉;;低碳低合金鋼中納米富Cu相的析出特征[J];金屬熱處理;2018年02期

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2 李念念;RPV模擬鋼中納米富Cu相與位錯交互機制的研究[D];山東理工大學(xué);2019年

本文編號：2820612