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SCRAM钢的抗辐照性能的研究

SCRAM钢的抗辐照性能的研究

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作者：杨峰华中科技大学

学位级别：硕士

核聚变能作为一种高效，清洁，安全，无限的新能源是人类未来能源的重要主导之一,为了早日脱离能源危机，世界各国一直都在共同努力建立热核聚变堆，对合适结构材料的在苛刻条件下的分析研究和最终材料的选择是在核聚变堆的建造过程中... 详细信息

核聚变能作为一种高效，清洁，安全，无限的新能源是人类未来能源的重要主导之一,为了早日脱离能源危机，世界各国一直都在共同努力建立热核聚变堆，对合适结构材料的在苛刻条件下的分析研究和最终材料的选择是在核聚变堆的建造过程中非常关键的一步。目前世界上主流的结构材料是Cr-W-V-Ta体系的铁素体马氏体钢，其抗辐照性能比较优异，但为了进一步优化结构材料的抗辐照性能，提高使用寿命，本课题设计了一种新型Cr-W-V-Ti-N体系的超洁净低活化马氏体钢(简称SCRAM钢)，并熔炼制备了9种不同Ti，N，V含量的SCRAM钢，对其抗辐照性能进行了多方面的评价，并通过分析合金元素对其性能的影响，优化了其成分和性能。 300℃下Fe+He+H的三束离子顺序辐照会使SCRAM钢发生了一定的辐照硬化和辐照脆化，SCRAM-1(0.0064Ti-0.095V-77N)的拉伸强度的辐照变化率是13.4%，SCRAM-3(0.018Ti-0.092V-110N)的拉伸强度的辐照变化率是7.2%，两种钢都产生了一定的辐照硬化。而且SCRAM-1的冲击强度的辐照变化率是-30.8%，而SCRAM-3的冲击强度的辐照变化率是-2.68%。通过辐照变化率的对比，我们发现SCRAM-3的抗辐照稳定性是优于SCRAM-1的，不管是对辐照硬化的抗性还是对辐照脆化的抗性，SCRAM-3钢都拥有更稳定的组织结构。经过Fe，Fe+H和Fe+He的单束和双束离子辐照后SCRAM-6(0.005Ti-0.25V-170N)钢和SCRAM-9(0.015Ti-0.25V-700N)钢的冲击韧性都发生了一定的下降，由于辐照脆化的影响，其冲击强度都发生了不同程度的下降，而且在Fe离子辐照的基础上增加He或H离子辐照后，由于协同作用的影响，两种钢的辐照变化率都发生了进一步的下降，但SCRAM-9钢的辐照变化率都相对更小。经过辐照剂量为20dpa的3MeV Fe离子辐照后，SCRAM-4(0.011Ti-0.094V-150N)和SCRAM-9(0.015Ti-0.25V-700N)钢的冲击强度与辐照前的冲击强度相比发生了一定的升高，SCRAM-5(0.021Ti-0.097V-150N)钢的冲击强度略有下降，SCRAM-4钢的辐照变化率是28.9%，SCRAM-9钢的辐照变化率是17.9%，SCRAM-5钢的辐照变化率是-4.1%，随着Ti含量的升高，SCRAM钢的性能变化是逐渐减小的，其组织稳定性是逐渐升高的。通过He离子辐照后辐照变化率的对比，我们发现，在N，V含量接近时，Ti含量越高，SCRAM钢的辐照变化率越小，SCRAM钢的抗辐照稳定性越好。在Ti，V含量接近时，不含Ti时，N含量的高低对SCRAM钢的辐照变化率影响都不大，不同N含量的冲击强度的辐照变化率都在-224%，而同V，N含量的SCRAM钢的Ti含量增加后，辐照变化率明显下降，特别是高N，高Ti的SCRAM-9钢的辐照变化率只有-17.4%，在Ti，N含量接近时，V含量越高，SCRAM钢的辐照变化率越小，SCRAM钢的抗辐照稳定性越好。通过对不同Ti，N，V含量的SCRAM钢的抗辐照性能的对比，我们发现SCRAM-3(0.018Ti-0.092V-110N)和SCRAM-9(0.015Ti-0.25V-700N)的抗辐照稳定性都是比较好的。

关键词：核聚变堆结构材料 SCRAM钢抗辐照性能力学性能组织结构

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