本文選題：核能系統(tǒng) + 氧化物彌散強化鋼�。� 參考：《北京科技大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：隨著環(huán)境污染和能源危機的日益嚴(yán)重,核能以其高效和無溫室氣體排放等優(yōu)點受到了越來越多的關(guān)注。目前為止,先進核能系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展到第四代裂變反應(yīng)堆和聚變反應(yīng)堆。由于人們對先進核能系統(tǒng)在安全性、核廢料和效率等方面提出的更高要求,使得反應(yīng)堆中關(guān)鍵結(jié)構(gòu)材料的服役環(huán)境更加苛刻。9Cr ODS (Oxide Dispersion Strengthened, ODS)鋼因其出色的高溫力學(xué)性能和抗輻照性能,成為先進核能系統(tǒng)中非常有前景的候選材料之一。9Cr ODS鋼主要通過基體中彌散分布的氧化物彌散粒子所產(chǎn)生的彌散強化作用獲得優(yōu)異的高溫力學(xué)性能,并通過彌散粒子對輻照過程中產(chǎn)生氦泡的捕捉作用來提高抗輻照性能。本論文針對9Cr ODS鋼的制備工藝優(yōu)化、微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能、強化機理以及服役環(huán)境中的性能評價等方面開展了系統(tǒng)的研究。研究發(fā)現(xiàn)根據(jù)熱加工圖進行熱加工優(yōu)化的9Cr ODS鋼實現(xiàn)了強度和塑韌性的匹配,兼具較高的強度和塑性,這主要歸因于熱加工(鍛造和軋制)改善的微觀組織以及彌散相的強化作用。對微觀組織進行分析可知,基體中析出相主要分為兩類：較大的粒子主要為TiN,平均尺寸為240nm；較小的粒子為Y-Ti-O粒子,平均直徑為6nm,數(shù)密度高達(dá)1.35×1023/m3。并且較小彌散粒子成分中的Y/Ti的原子比隨粒子尺寸變化而變化：大于10nm粒子的Y/Ti比例大約為1,為面心立方結(jié)構(gòu)Y2Ti207粒子；小于5nm粒子的Y/Ti原子比約為0.5,可能為具有晶體結(jié)構(gòu)的Y-Ti-Cr-O的粒子。隨后采用同步輻射高能X射線原位拉伸實驗研究了9Cr ODS鋼在室溫到600℃范圍的變形行為。通過對9Cr ODS鋼中三種物相(基體、TiN和Y2Ti2O7)晶格應(yīng)變和內(nèi)應(yīng)力的計算發(fā)現(xiàn)9Cr ODS鋼在拉伸過程中發(fā)生了分力現(xiàn)象,并且存在明顯的尺寸效應(yīng),納米尺寸的Y2Ti207粒子承載力的能力明顯強于尺寸較大的TiN粒子。通過9Cr ODS鋼基體平均內(nèi)應(yīng)力的計算結(jié)果可知在室溫和高溫時,彌散相都表現(xiàn)了優(yōu)異的強化效果。最后基于改進的W-H方法優(yōu)化建立了一種分析位錯類型的方法(Best-fit法),通過對實驗數(shù)據(jù)進行擬合分析獲得了不同溫度拉伸過程中位錯類型和位錯密度的變化規(guī)律,結(jié)果發(fā)現(xiàn)9Cr ODS鋼在室溫和300℃的塑性變形中,刃型位錯起主導(dǎo)作用；而在600℃時,螺型位錯起主導(dǎo)作用。對9Cr ODS鋼的熱穩(wěn)定性、抗輻照及抗腐蝕性能進行了初步研究,發(fā)現(xiàn)在700℃長時間時效過程中9Cr ODS鋼基體中發(fā)生了個別晶粒的微小長大、彌散粒子成分和分布狀態(tài)變化的現(xiàn)象,從而引起了力學(xué)性能變化。但是整體來說,高溫時效后力學(xué)性能較為穩(wěn)定。9Cr ODS鋼在500℃的雙離子束(Kr+和He+)輻照實驗證明了9Cr ODS鋼中的氧化物彌散粒子和細(xì)小品粒對輻照中產(chǎn)生氦泡的捕捉作用。9Cr ODS鋼在不同氧含量的液態(tài)Pb中表現(xiàn)出溶解和氧化的不同行為。但是整體而言,9Cr ODS鋼的抗氧化腐蝕的能力較差。為了提高9Cr ODS鋼的抗腐蝕能力,對添加Al的9Cr ODS鋼進行了初步的探索。結(jié)果表明Al可以有效的提高9Cr ODS鋼的抗氧化能力,并且Zr具有抑制Al元素與Y203形成多尺度的多種結(jié)構(gòu)的Y-Al-O的作用,并且形成尺寸分布均勻的Y-Zr-O納米顆粒,從而保證力學(xué)性能。
[Abstract]:......
【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】：2016
【分類號】：TG142.1

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本文編號：1737621