【摘要】：鉛基反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)材料面臨強(qiáng)中子輻照、高溫以及強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)等極端環(huán)境,材料是制約其實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用的關(guān)鍵問題之一。本論文針對(duì)鉛基反應(yīng)堆的結(jié)構(gòu)材料需求,以研發(fā)力學(xué)性能優(yōu)異并耐液態(tài)鉛鉍腐蝕的ODS鋼為目標(biāo),開展了含硅9Cr-ODS鋼的設(shè)計(jì)與性能研究。主要研究內(nèi)容與結(jié)果如下:基于氧化物彌散強(qiáng)化理論和液態(tài)金屬腐蝕理論,設(shè)計(jì)了 CLAM鋼+0.3wt%Y2O3+一定含量 Si 的 9Cr-ODS 鋼。對(duì)不同 Si 含量(0、0.3wt%、0.5wt%、1.Owt%)的ODS鋼進(jìn)行了微結(jié)構(gòu)表征、高溫拉伸性能測試及靜態(tài)鉛鉍腐蝕實(shí)驗(yàn),以優(yōu)化ODS鋼中的Si含量。微觀組織結(jié)構(gòu)分析結(jié)果表明,Si元素的添加使9Cr-ODS鋼中形成了 Y2Si2O7相為主的納米Y-Si-O相,其形成機(jī)理遵循溶解-再析出機(jī)制。Si和Y2O3的在機(jī)械合金化過程中分別固溶于基體,并形成過飽和固溶體,固溶于基體中的O與機(jī)械合金化過程產(chǎn)生的大量空位結(jié)合生成O-空位對(duì),O-空位對(duì)與Y、Si相結(jié)合,在熱等靜壓過程中生成了熱力學(xué)較穩(wěn)定的單斜立方結(jié)構(gòu)Y2Si2O7 相。對(duì)含硅9Cr-ODS鋼的高溫力學(xué)性能進(jìn)行了評(píng)估,結(jié)果顯示隨著Si含量增加,樣品屈服強(qiáng)度逐漸升高,室溫下均超過1300MPa,溫度上升至550℃時(shí)均超過795MPa,溫度繼續(xù)上升至700℃,1.0wt%Si樣品測試值最高且達(dá)到300MPa。含硅9Cr-ODS鋼中與基體非共格的納米氧化物對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻礙作用是其具有良好高溫性能的主要原因。開展了 550℃、氧濃度為10-6wt%靜態(tài)鉛鉍環(huán)境中3000hrs腐蝕實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果表明,含硅9Cr-ODS鋼腐蝕界面依次由Fe3O4、(Fe,Cr)3O4、富Cr和富Si氧化層組成(沿鉛鉍向基體方向)。分析認(rèn)為,Si元素能夠促進(jìn)致密的富Cr氧化層和富Si氧化層的形成,減緩液態(tài)鉛鉍中的氧元素向基體的擴(kuò)散過程,從而提高ODS鋼的腐蝕抗力。
【圖文】：

鈉冷快堆系統(tǒng)（ＳＦＲ，Ｓｏｄｉｕｍ－ｃｏｏｌｅｄ邋Ｆａｓｔ邋Ｒｅａｃｔｏｒ邋Ｓｙｓｔｅｍ），鉛冷快堆系統(tǒng)（ＬＦＲ，逡逑Ｌｅａｄ－ｃｏｏｌｅｄ邋Ｆａｓｔ邋Ｒｅａｃｔｏｒ邋Ｓｙｓｔｅｍｓ）。根據(jù)ＧＩＦ組織發(fā)布的最新的“第四代核能系逡逑統(tǒng)技術(shù)路線圖”（見圖１．２），最先實(shí)現(xiàn)工業(yè)示范的第四代核能系統(tǒng)將會(huì)是鉛冷逡逑快堆［１１。表１．１給出了六種第四代核電反應(yīng)堆系統(tǒng)與商用壓水堆主要參數(shù)Ｗ。逡逑ＶＨＴＲ邋＾Ｔ．＝：：：：…－＂□：：：：：：：：逡逑ＳＦＲ邐Ｉ＂．．．＂逡逑ＳＣＷＲ邐Ｉ逡逑ＭＳＲ逡逑ｌｆｒ邋ＨｍＨＫＩＺＺＺ］＂…．逡逑Ｉ逡逑Ｉ邐ｉ邐ｉ邐ｔ邐ｉ邐ｉ邐ｉ逡逑２０００邐２００５邐２０１０邐２０１５邐２０２０邐２０２５邐２０３０逡逑■Ｖｉａｂｉｌｉｔｙ邋□Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ邋□邋Ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ逡逑圖１．２第四代核能系統(tǒng)技術(shù)路線圖逡逑表１．１邋ＧＩＦ推薦的六種四代堆系統(tǒng)與商用壓水堆的參數(shù)比較逡逑反應(yīng)堆類Ｓ邐＋子譜冷卻劑逡逑／邋Ｃ邐／ｄｐａ邐／ＭＰａ逡逑鉛冷快堆ＬＦＲ邐快邐４８０－８００邐２００邐０．１邐鉛合金逡逑氣冷快堆ＧＦＲ邐快邐８５０邐２００邐７邐氦／二氧化碳逡逑超高溫堆ＶＨＴＲ邐熱邐１，０００邐１－１０邐７邐氦氣逡逑鈉冷快堆ＳＦＲ邐快邐５００－５５０邐２００邐０．１邐鈉逡逑熔鹽堆ＭＳＲ邐熱／快邐７００－８００邐２００邐０．１邐熔鹽逡逑挪快邋５１０－６２５邐１５－６７邐２５邐水逡逑ＷＲ逡逑壓水堆ＰＷＲ邐熱邐３２０邐１００邐１６邐水逡逑（１）氣冷反應(yīng)堆系統(tǒng)逡逑氣冷反應(yīng)堆系統(tǒng)包括氣冷快堆ＧＦＲ和超高溫堆ＶＨＴＲ

邐■■＿邋ｖ逡逑圖１．３氣冷快堆示意圖逡逑Ｃｏｎｔｒｏｌ逡逑ｒｏｄｓ逡逑Ｉ邋ＩＩＩ邋Ｉ逡逑＿邋＿邐一逡逑Ｊ邋＾＾＾ＨＰｒ＾Ｈｙｄｒａ９ｅｎ逡逑—邐＾邐Ｈｙｄｒｏｇｅｎ逡逑ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ邋ｐｌａｎｔ逡逑圖１．４超高溫氣冷堆示意圖逡逑超高溫堆ＶＨＴＲ是指采用石墨慢化，氦氣冷卻的熱中子反應(yīng)堆，其堆芯出逡逑口溫度很高，可達(dá)到７００￣９５０°Ｃ，未來還可以提升到１，０００°Ｃ。ＶＨＴＲ的堆芯一逡逑般有棱柱狀和球床類兩種類型。從發(fā)電方式上，，可以采用直接循環(huán)，即主回路逡逑上直接布置氦冷汽輪機(jī)系統(tǒng)；也可以是基于蒸汽發(fā)生器和朗肯循環(huán)的間接循環(huán)，逡逑其過程熱可用于精煉廠、石油化工、冶金、制氫等［４］。逡逑３逡逑
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TL341

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2617452