【摘要】：低活化鐵素體/馬氏體(RAFM)鋼是國際熱核聚變堆實驗包層模塊ITER-TBM的首選結(jié)構(gòu)材料,其在ITER-TBM壽期內(nèi)受到的中子輻照累積劑量不超過3dpa,服役溫度為300～500℃。核材料服役期間,中子輻照損傷的長期累積,會在材料內(nèi)部產(chǎn)生點缺陷團(tuán)、空洞、位錯環(huán)、偏析等微觀輻照缺陷,宏觀上則表現(xiàn)為輻照硬化、輻照脆化等系列效應(yīng),這不僅僅與輻照劑量相關(guān),還受到溫度以及與輻照劑量等協(xié)同作用的影響。為確保RAFM鋼在ITER中服役的安全可靠性,需要開展服役溫度下ITER劑量的中子輻照實驗,通過輻照前后材料微觀結(jié)構(gòu)表征和宏觀性能測試,結(jié)合輻照損傷理論,綜合評估材料的服役性能。本文以FDS鳳麟核能團(tuán)隊主持研發(fā)的具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的聚變堆結(jié)構(gòu)材料RAFM鋼-中國抗中子輻照鋼(CLAM鋼)為研究對象,開展了近ITER劑量中子輻照問題研究。一方面開展300℃/1.61dpa和480℃/1.73dpa中子輻照實驗,通過輻照前后拉伸和沖擊性能的測試分析,研究CLAM鋼的中子輻照硬化和脆化行為;另一方面分別開展與中子輻照實驗相對應(yīng)的300℃/2264h和480℃/2424h等溫等時時效實驗,通過測試和表征時效前后CLAM鋼力學(xué)性能變化及微觀結(jié)構(gòu)演變,探究CLAM中子輻照損傷中熱效應(yīng)的影響。主要結(jié)論如下:(1)CLAM鋼300℃/1.61dpa中子輻照實驗結(jié)果顯示,輻照后韌脆轉(zhuǎn)變溫度DBTT升高了 56℃,輻照脆化效應(yīng)比較明顯,同時出現(xiàn)了一定程度的輻照硬化,室溫測試時,其屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度相比輻照前分別增加56MPa和29MPa,增大了 10.37%和 4.37%。(2)CLAM鋼480℃/1.73dpa中子輻照實驗結(jié)果顯示,輻照后韌脆轉(zhuǎn)變溫度DBTT升高了 10℃,輻照脆化效應(yīng)相對較小,但輻照硬化效應(yīng)相對明顯,室溫測試時其屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度相比輻照前分別增加了 164MPa和137MPa,增大了 36.50%和 22.30%。(3)CLAM鋼的中子輻照性能與國際同類低活化鋼對比結(jié)果顯示,相近輻照條件下CLAM鋼的抗中子輻照硬化與脆化性能與Eurofer97和F82H相當(dāng),甚至更加優(yōu)異。(4)CLAM鋼300℃/480℃等時時效實驗結(jié)果顯示,熱時效在材料中子輻照硬化和脆化中的作用不顯著。等時時效后300℃測試時,其屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度相比時效前均有所降低,說明高溫服役時熱效應(yīng)反而會削弱中子輻照過程中的綜合硬化效應(yīng)。300℃時,熱效應(yīng)在CLAM鋼中子輻照脆化中的影響占比約為3.57%,480℃時,熱效應(yīng)在CLAM鋼中子輻照脆化中的影響占比為20.00%,但DBTT均只升高了 2℃,熱時效對CLAM鋼中子輻照脆化的影響較弱。因此,在本輻照實驗條件下,劑量效應(yīng)以及劑量與溫度的協(xié)同作用是導(dǎo)致CLAM鋼中子輻照硬化與脆化的主要因素。(5)CLAM鋼時效初期原奧氏體晶粒粗化速率較快,300℃等時時效時,晶粒尺寸增至8.92μm,相比時效前增加了 14.07%,繼續(xù)時效至5000h,晶粒長大至9.39μm,增長了 20.0707%;480℃等時時效時,晶粒尺寸增至9.62μm,增長了23.02%,繼續(xù)時效至5000h,晶粒尺寸與等時時效情況下相當(dāng)。晶粒粗化使得材料內(nèi)部大角度晶界比例降低。(6)CLAM鋼時效過程中馬氏體板條寬度增加,初始的較為平直馬氏體板條會變得彎曲甚至退化成亞晶,材料內(nèi)部小角度晶界比例增加;第二相數(shù)密度和尺寸在時效過程中逐漸增加。480℃時效5000h時,馬氏體板條寬度及M23C6相顆粒尺寸增長最大,相比時效前,分別增長了 32.66%和23.02%。本論文的研究成果一方面評估了近ITER劑量輻照條件下CLAM鋼的服役性能,揭示了中子輻照損傷中熱效應(yīng)的影響規(guī)律,另一方面豐富了抗輻照材料實驗數(shù)據(jù)庫,并為結(jié)構(gòu)材料未來的發(fā)展、改進(jìn)和優(yōu)化提供數(shù)據(jù)參考。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TL627
【圖文】：

ＢＯＲ６０中３００°Ｃ輻照后，材料內(nèi)部產(chǎn)生大量的位錯環(huán)、析出相等缺陷，材料的逡逑屈服強(qiáng)度增量隨輻照劑量的升高而增大，當(dāng)劑量高于ｌ0ｄｐａ時，有趨于飽和的趨逡逑勢，如圖１．１所示［４４，４５］。隨輻照劑量的升高，幵脆轉(zhuǎn)變溫度（Ｄｕｃｔｉｌｅ－Ｂｒｉｔｔｌｅ邋Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ逡逑Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ＤＢＴＴ）的增量也逐漸增大。當(dāng)福照齊ＩＪ量低于１５ｄｐａ時，ＡＤＢＴＴ逡逑隨輻照劑量的升高而快速增加，輻照脆化明顯，隨著輻照劑量的進(jìn)一步升高，輻逡逑照脆化趨于飽和，如圖１．２所示［４火逡逑＿丨＿＾邋＾00邋ｒ邐ｔｏｒｎＭｕｒ＊邋？邐ｌ？ｒｔｐａｒＭｕｒ？逡逑Ｑ邐？邋３００－＾２５邋Ｃ逡逑１邋？0邐ｙ邐邐—＾逡逑0）邐ＦｉｉＣＵＲ0ＰＣＲ？Ｔ逡逑｜邋４００邐，逡逑？ｇ邋３00邐ｆ邋ＯＭ邐｜邋Ａ邐？邋ＰＵｔ？邋？邋ｍ？ｎ邋｜ＭＦ０邋？邋９００邋Ｃ｜￣￣逡逑Ｖ邐Ｄ邐Ｃ９７邋？邋Ｐｔｏｔ＊邋？邋（？0ＲｆＯ邋３２９邐＊Ｃ）逡逑？邐２００邐Ａ邐Ｃ？７邋？邐？邋ｍｍ邋｜Ｈｎ＞邋．邋１００邐Ｃ＼逡逑Ｓ邐Ｍ邐Ｏ邋Ｃ０７邋？邋Ｂ？．邐？邋３００邋Ｘ）邋ｉ逡逑坊邋ｆｔｎ邋８邐？邋Ｃ”邋？邋Ｌ？ｂ邋（ＨＦＢ邋ＷＯ邋Ｘ｜邐，逡逑２邐１ＵＵ邐ｆ邐0邐ｒ？３Ｈ邐？邋？３邋－Ｃ）逡逑４＞邐＇邐？邐ｒ？２Ｈ邐［0Ｍｒｂ邋－邋ｍ邋0逡逑＞邋0ｌ邐邋？…－＾－＝：逡逑０邐５邐１０邐１５邐２０邐２５邐３０邐３５邐４０邐４Ｓ逡逑Ｄｏｓｅ邋（ｄｐｏ）逡逑圖１．１邋Ｅｕｒｏｆｅｒ９７中子輻照硬化與輻照劑量的關(guān)系逡逑２５０－邐邐邐邋＾逡逑。嶀邐＊逡逑ｔ邋１５０－邐邐，逡逑Ｈ邐厶邐Ｆ８２Ｈ

ＢＯＲ６０中３００°Ｃ輻照后，材料內(nèi)部產(chǎn)生大量的位錯環(huán)、析出相等缺陷，材料的逡逑屈服強(qiáng)度增量隨輻照劑量的升高而增大，當(dāng)劑量高于ｌ0ｄｐａ時，有趨于飽和的趨逡逑勢，如圖１．１所示［４４，４５］。隨輻照劑量的升高，幵脆轉(zhuǎn)變溫度（Ｄｕｃｔｉｌｅ－Ｂｒｉｔｔｌｅ邋Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ逡逑Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ＤＢＴＴ）的增量也逐漸增大。當(dāng)福照齊ＩＪ量低于１５ｄｐａ時，ＡＤＢＴＴ逡逑隨輻照劑量的升高而快速增加，輻照脆化明顯，隨著輻照劑量的進(jìn)一步升高，輻逡逑照脆化趨于飽和，如圖１．２所示［４火逡逑＿丨＿＾邋＾00邋ｒ邐ｔｏｒｎＭｕｒ＊邋？邐ｌ？ｒｔｐａｒＭｕｒ？逡逑Ｑ邐？邋３００－＾２５邋Ｃ逡逑１邋？0邐ｙ邐邐—＾逡逑0）邐ＦｉｉＣＵＲ0ＰＣＲ？Ｔ逡逑｜邋４００邐，逡逑？ｇ邋３00邐ｆ邋ＯＭ邐｜邋Ａ邐？邋ＰＵｔ？邋？邋ｍ？ｎ邋｜ＭＦ０邋？邋９００邋Ｃ｜￣￣逡逑Ｖ邐Ｄ邐Ｃ９７邋？邋Ｐｔｏｔ＊邋？邋（？0ＲｆＯ邋３２９邐＊Ｃ）逡逑？邐２００邐Ａ邐Ｃ？７邋？邐？邋ｍｍ邋｜Ｈｎ＞邋．邋１００邐Ｃ＼逡逑Ｓ邐Ｍ邐Ｏ邋Ｃ０７邋？邋Ｂ？．邐？邋３００邋Ｘ）邋ｉ逡逑坊邋ｆｔｎ邋８邐？邋Ｃ”邋？邋Ｌ？ｂ邋（ＨＦＢ邋ＷＯ邋Ｘ｜邐，逡逑２邐１ＵＵ邐ｆ邐0邐ｒ？３Ｈ邐？邋？３邋－Ｃ）逡逑４＞邐＇邐？邐ｒ？２Ｈ邐［0Ｍｒｂ邋－邋ｍ邋0逡逑＞邋0ｌ邐邋？…－＾－＝：逡逑０邐５邐１０邐１５邐２０邐２５邐３０邐３５邐４０邐４Ｓ逡逑Ｄｏｓｅ邋（ｄｐｏ）逡逑圖１．１邋Ｅｕｒｏｆｅｒ９７中子輻照硬化與輻照劑量的關(guān)系逡逑２５０－邐邐邐邋＾逡逑。嶀邐＊逡逑ｔ邋１５０－邐邐，逡逑Ｈ邐厶邐Ｆ８２Ｈ

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2717411