本文關(guān)鍵詞： 結(jié)構(gòu)材料 RPV鋼 析出物 硬化和脆化　出處：《北京科技大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：核電是唯一可以大規(guī)模替代化石能源的低碳清潔能源,是我國能源綠色發(fā)展的支柱。大力發(fā)展核電必須將核安全放在首位。核反應(yīng)堆壓力容器(Reactor Pressure Vessel,RPV)作為核電站唯一不可更換的關(guān)鍵性設(shè)備,其服役安全決定著整個核電站的運行安全及使用壽命。RPV鋼在服役的過程中經(jīng)高能中子輻照后出現(xiàn)屈服強度升高和韌脆轉(zhuǎn)變溫度向高溫區(qū)移動的硬化和脆化現(xiàn)象。輻照誘導(dǎo)RPV鋼中產(chǎn)生的富Cu析出物(Copper-Riched Precipitates, CRP)是導(dǎo)致RPV鋼硬化和脆化的主要因素之一。由于很難通過原位觀察等實驗手段研究CRP,所以到目前為止,關(guān)于CRP導(dǎo)致RPV鋼硬化和脆化的機(jī)制還不是很清楚。本文采用第一性原理和分子動力學(xué)方法研究了CRP對RPV鋼硬化和脆化的影響。首先,研究了RPV鋼基體的塑性形變,并對基體塑性形變的產(chǎn)生機(jī)制進(jìn)行了分析。其次,研究了Fe-0.3 at.%Cu和Fe-3 at.%Cu合金的初級損傷�？疾炝思壜�(lián)碰撞過程中不同能量的初級離位原子(Primary Knock-out Atom, PKA)和輻照溫度對點缺陷及點缺陷團(tuán)簇的影響。探尋了Cu團(tuán)簇產(chǎn)生的臨界條件,并對Cu團(tuán)簇產(chǎn)生機(jī)制做了分析。再次,研究了CRP的形成機(jī)制和相變結(jié)構(gòu),跟蹤了Cu原子的相變軌跡,并對空位在CRP形成和相變過程中的具體作用進(jìn)行了分析。最后,比較了純Cu和Cu-Ni析出物與位錯的交互作用。研究了兩種析出物與位錯的交互作用機(jī)制,并分析了Ni的存在對析出物與位錯交互作用的影響。論文的主要結(jié)論如下：(1)加載過程中,壓入深度為0.69 nm時出現(xiàn)位錯。隨壓入深度的增加位錯長大成位錯環(huán),基體塑性形變加劇。卸載過程中,位錯環(huán)不斷減小,當(dāng)壓頭恢復(fù)到起始位置后,基體中殘留有位錯環(huán),基體產(chǎn)生永久塑性形變�；w中殘留的位錯環(huán)是基體產(chǎn)生永久塑性形變的關(guān)鍵因素。(2)級聯(lián)碰撞可導(dǎo)致在Fe-0.3 at.%Cu合金中產(chǎn)生穩(wěn)定的點缺陷和點缺陷團(tuán)簇。隨PKA能量和輻照溫度的增加點缺陷數(shù)量隨之增加。隨輻照溫度的升高,點缺陷團(tuán)簇數(shù)量先增加后減小,這一現(xiàn)象是由于間隙原子和空位在熱的作用下從點缺陷團(tuán)簇中逃逸出來造成的。PKA能量為20 keV,Cu含量為3 at.%,輻照溫度為10K時,在級聯(lián)碰撞過程中觀察到了Cu團(tuán)簇�？瘴辉贑u團(tuán)簇形成過程中起到了至關(guān)重要的作用,Cu原子團(tuán)聚在一起后體系能量降低是Cu團(tuán)簇能夠存活下來的主要原因。(3)Cu-空位間的結(jié)合能高于Cu-Cu間的結(jié)合能、Cu的加入降低了空位的遷移能、隨空位濃度的升高Cu原子擴(kuò)散系數(shù)增大,這些結(jié)果說明空位的存在促進(jìn)了CRP的形成。多個Cu原子與空位的結(jié)合能隨Cu原子數(shù)的增加而增大、空位進(jìn)入析出物后體系能量降低,這些結(jié)果說明CRP形成后反過來又會捕獲空位變成空位的陷阱。CRP經(jīng)熱處理后發(fā)生了由bcc到fcc、hcp或Unknown結(jié)構(gòu)的相變�？瘴坏拇嬖谑刮龀鑫锂a(chǎn)生了剪切應(yīng)變,剪切應(yīng)變使初始位于bcc(110)面的原子轉(zhuǎn)變?yōu)閒cc(111)面的原子誘發(fā)了析出物的相變。(4)比較純Cu和Cu-Ni析出物與位錯的交互作用發(fā)現(xiàn),前者與位錯的交互作用存在尺寸依賴關(guān)系,隨析出物尺寸增加臨界應(yīng)力隨之增加；后者與位錯的交互作用在析出物尺寸超過2.38 nm時不再存在尺寸依賴關(guān)系,此后繼續(xù)增大析出物尺寸,臨界應(yīng)力幾乎保持常數(shù)不變。位錯與純Cu和Cu-Ni析出物的交互作用可導(dǎo)致直徑為4 nm的純Cu及直徑為3.61 nm和4.75 nm的Cu-Ni析出物發(fā)生由bcc到fcc或hcp結(jié)構(gòu)的相變。Ni殼層周圍的應(yīng)力場加劇了Cu原子的相變,相變的發(fā)生弱化了Cu-Ni析出物對位錯的阻力,從而使位錯在切過Cu-Ni析出物時比切過純Cu析出物時更容易。純Cu和Cu-Ni析出物與位錯的交互機(jī)制均為切過機(jī)制。
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【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TG142.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1550726