【摘要】：熔鹽堆是第四屆反應(yīng)堆國際研討會上被提出的六種第四代反應(yīng)堆型之一。作為六種堆型中的唯一液態(tài)堆,熔鹽堆與其它傳統(tǒng)類型的反應(yīng)堆相比具有安全性、經(jīng)濟(jì)性和高效性等優(yōu)點,但設(shè)計的特殊性使核燃料混融于高溫熔鹽中,結(jié)構(gòu)材料直接與核燃料和高溫熔鹽接觸,處于高溫、強腐蝕和中子輻照等極端服役環(huán)境,因此對結(jié)構(gòu)材料的性能要求極為嚴(yán)苛。Hastelloy N合金是釷基熔鹽堆最成熟的結(jié)構(gòu)材料,具有良好的綜合性能,但其最高許用溫度僅為725℃,而要實現(xiàn)高溫制氫等高效率的能量轉(zhuǎn)換,需要熔鹽堆服役于800℃以上,因此結(jié)構(gòu)材料已成為限制熔鹽堆發(fā)展關(guān)鍵瓶頸之一,研發(fā)更高溫度(800℃以上)熔鹽堆用合金已成為急需解決的課題。法國國家科學(xué)研究院(CNRS)以Hastelloy N合金為基礎(chǔ),用W元素完全替換Hastelloy N合金中的Mo元素,提出了EM-721(Ni-26W-6Cr)合金。初步的研究結(jié)果表明其在850℃下具有優(yōu)異的拉伸和高溫蠕變性能,但目前對于低Cr含量的Ni-W-Cr合金體系力學(xué)性能研究仍非常欠缺,其成分尚待進(jìn)一步優(yōu)化。其中最主要的問題在于主元成分W對于Ni-W-Cr合金的強化作用機理仍不清楚。因此有必要系統(tǒng)地研究W含量對Ni-W-Cr合金力學(xué)性能的影響規(guī)律,為進(jìn)一步優(yōu)化合金成分奠定基礎(chǔ)。本論文主要研究了不同W含量(10-35wt.%)對Ni-x W-6Cr合金組織形貌以及室溫和中溫(650℃)力學(xué)性能的影響,利用掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、X射線衍射(XRD)及力學(xué)拉伸測試等多種先進(jìn)的實驗手段,結(jié)合相圖計算以及相關(guān)合金設(shè)計理論,對Ni-x W-6Cr合金的強化機理以及最佳W成分含量進(jìn)行了深入地探討。主要研究成果如下:1.Ni-(10-30wt.%)W-6Cr合金為單相奧氏體組織,無明顯的析出相出現(xiàn),平均晶粒尺寸均約為210μm。Ni-35W-6Cr合金的平均晶粒尺寸約為20μm,并且基體中大量分布著細(xì)小彌散的α-W析出相。2.W含量增加導(dǎo)致Ni基體的晶格畸變量增加。W含量每增加5wt.%,奧氏體基體的晶格產(chǎn)生0.22-0.31%的畸變。3.Ni-x W-6Cr合金的室溫和中溫力學(xué)行為:室溫拉伸時,Ni-(10-30wt.%)W-6Cr合金的屈服強度、抗拉強度及延伸率隨著W含量的增加而提高;當(dāng)W含量超過固溶極限時,Ni-35W-6Cr合金的屈服強度及抗拉強度的提升幅度較大,但延伸率下降。Ni-x W-6Cr合金的斷口形貌表明室溫斷裂模式為穿晶韌性斷裂,并且W含量增加有利于塑性的提高。650℃拉伸時,Ni-(10-30wt.%)W-6Cr合金的屈服強度、抗拉強同時提高,當(dāng)W含量超過固溶極限時,Ni-35W-6Cr合金的屈服強度及抗拉強度的提升幅度較大。650℃拉伸的延伸率都比較小并且沒有呈現(xiàn)出明顯的趨勢,但W含量為35wt.%(超過固溶極限)時,延伸率會有所提高。Ni-x W-6Cr合金的斷口形貌表明中溫斷裂模式為沿晶脆性斷裂。4.Ni-x W-6Cr合金的強化機制包括固溶強化、孿晶強化(堆垛層錯能降低)、細(xì)晶強化以及第二相強化等。Ni-x W-6Cr合金普遍存在中溫脆性,主要是由晶粒和晶界的不協(xié)調(diào)變形所導(dǎo)致。5.為熔鹽堆設(shè)計的Ni-x W-6Cr合金中W的最佳成分含量應(yīng)為27.7-34wt.%。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(上海應(yīng)用物理研究所)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TL341

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 左嘉旭;張春明;;熔鹽堆的安全性介紹[J];核安全;2011年03期

2 史永謙;;核能發(fā)電的優(yōu)點及世界核電發(fā)展動向[J];能源工程;2007年01期

3 哈琳;六種第四代核反應(yīng)堆概念[J];國外核新聞;2003年01期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 宋嘉穎;核能安全發(fā)展的倫理研究[D];南京理工大學(xué);2013年

，

本文編號：2639880