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奥氏体不锈钢辐照肿胀和偏析的研究进展

材料导报 2021年第5期35卷 5122-5129页

作者：李连奇杨占兵北京科技大学冶金与生态工程学院北京100083

随着社会对能源需求的增加,核能作为一种可大规模替代传统化石能源的清洁能源备受关注。目前我国正在大力推动第四代先进核反应堆技术的研发,这对反应堆结构材料的性能提出了更高的要求。由于反应堆堆芯的强烈辐照,作为堆芯结构材料的... 详细信息

随着社会对能源需求的增加,核能作为一种可大规模替代传统化石能源的清洁能源备受关注。目前我国正在大力推动第四代先进核反应堆技术的研发,这对反应堆结构材料的性能提出了更高的要求。由于反应堆堆芯的强烈辐照,作为堆芯结构材料的奥氏体不锈钢长期服役会发生辐照损伤现象,尤其是辐照肿胀和偏析,威胁反应堆运营安全。研究发现,奥氏体不锈钢的辐照肿胀和偏析现象与辐照剂量、辐照温度、合金元素成分等密切相关。对于辐照肿胀,常用冷加工和添加合金元素等方法进行控制,其中15-15Ti奥氏体不锈钢能够承受大于100 dpa的辐照剂量,被选为快堆候选包壳材料。但这两种方法开发的奥氏体不锈钢仍未达到先进核反应堆对奥氏体不锈钢抗辐照性能的要求,为此需要对控制所有辐照损伤效应的点缺陷的扩散行为进行更深入的系统和实验分析,以深入理解辐照肿胀现象。对于辐照偏析,其产生机制一直存在争议,主要有空位机制和间隙原子机制两种观点,但奥氏体不锈钢的辐照偏析很可能是这两种机制混合控制的结果,为此仍需进一步建立更优化的动力学模型进行研究。此外,近期研究表明辐照缺陷的一维迁移现象可能与辐照损伤密切相关,但仍存在一些细节需要进一步的实验研究。本文阐述了奥氏体不锈钢发生辐照肿胀和偏析的相关影响因素,分析了控制辐照肿胀的现有手段的不足,总结了辐照偏析发生机制的争议和相关进展,归纳了奥氏体不锈钢抗辐照性能研究存在的问题并对未来的研究方向进行了展望。

关键词：核反应堆材料奥氏体不锈钢辐照肿胀辐照偏析

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国产核用不锈钢辐照损伤研究

金属学报 2017年第12期53卷 1588-1602页

作者：邓平彭群家韩恩厚柯伟孙晨夏海鸿焦治杰中国科学院金属研究所中科院核用材料与安全性评价重点实验室沈阳110016 中国科学技术大学材料科学与工程学院沈阳110016 国家电投集团科学技术研究院有限公司北京102209 Department of Nuclear Engineering and Radiological Sciences University of MichiganAnn ArborM148109U.S.A.

采用2 MeV质子束在360℃对国产核用304不锈钢试样进行了辐照实验,利用显微硬度仪、透射电子显微镜(TEM)和三维原子探针(3DAP)等研究了材料的辐照损伤,分析了辐照剂量对辐照损伤演化的影响规律。结果表明,304不锈钢辐照损伤微观结构以位... 详细信息

采用2 MeV质子束在360℃对国产核用304不锈钢试样进行了辐照实验,利用显微硬度仪、透射电子显微镜(TEM)和三维原子探针(3DAP)等研究了材料的辐照损伤,分析了辐照剂量对辐照损伤演化的影响规律。结果表明,304不锈钢辐照损伤微观结构以位错环和少量孔洞为主,位错环的数量密度为1022m-3量级,平均尺寸小于10 nm。材料在晶界和位错环处发生元素偏析,其中Cr、Ni在晶界和位错环处偏析程度相近,而Si在位错环处的偏析程度数倍于晶界。位错环平均尺寸和数量密度、晶界偏析程度以及辐照硬化程度均随辐照剂量增加而增加,并在3.0~5.0 dpa范围内趋于饱和。

关键词：核用不锈钢质子辐照位错环辐照偏析辐照硬化

脉冲激光亦或电子束辐照对SUS316L奥氏体不锈钢中空位扩散的影响

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工程科学学报 2017年第6期39卷 903-908页

作者：杨苏冰杨占兵王会北京科技大学冶金与生态工程学院北京100083 北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室北京100083

利用激光-超高压电子显微镜系统在500℃对SUS316L奥氏体不锈钢进行了电子束辐照和脉冲激光-电子束双束同时辐照(以下简称:同时辐照),通过观察和分析辐照后自由晶界处无空洞区域以及元素偏析,以电子束辐照结果为标准,对比研究了同时辐照... 详细信息

利用激光-超高压电子显微镜系统在500℃对SUS316L奥氏体不锈钢进行了电子束辐照和脉冲激光-电子束双束同时辐照(以下简称:同时辐照),通过观察和分析辐照后自由晶界处无空洞区域以及元素偏析,以电子束辐照结果为标准,对比研究了同时辐照对空位扩散的影响.结果表明:同时辐照后的无空洞区域宽度为48±16 nm,小于电子辐照的71±27 nm;不论在偏析程度还是偏析宽度上,同时辐照条件下Cr和Ni的偏析都小于对应的电子束辐照;同时辐照下空位的扩散通量仅为电子束辐照的45.7%.通过分析得出,和电子辐照相比,同时辐照促进了空位与间隙原子的再结合,限制空位向尾闾扩散,进而造成流入尾闾的空位数量减少,极大地抑制了辐照偏析与肿胀.脉冲激光-电子束双束同时辐照可以为探索抑制肿胀方法提供新的思路.

关键词：奥氏体不锈钢脉冲激光-电子束双束同时辐照过饱和空位无空洞区域辐照偏析辐照肿胀

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C276合金的抗辐照性能研究

原子能科学技术 2014年第3期48卷 412-415页

作者：李婷陆道纲钱昕赵子强张艳文华北电力大学核科学与工程学院北京102206 北京大学物理学院北京100871

C276合金为包壳部件的候选材料之一,本文拟对其抗辐照性能进行研究。对C276合金进行质子及多束粒子辐照,利用纳米硬度仪、透射电镜、拉曼成像仪等研究了C276合金在辐照前后的试样。结果表明:在质子及多束粒子辐照下,辐照损伤区域发生C... 详细信息

C276合金为包壳部件的候选材料之一,本文拟对其抗辐照性能进行研究。对C276合金进行质子及多束粒子辐照,利用纳米硬度仪、透射电镜、拉曼成像仪等研究了C276合金在辐照前后的试样。结果表明:在质子及多束粒子辐照下,辐照损伤区域发生C偏析和位错环硬化;在H或He单束辐照条件下,在35.0μm或3.5μm深度处,拉曼光谱中的碳峰相对强度较大且碳峰红移,引起此处的纳米硬度较其他深度处的高;试验得到的损伤峰对应的深度与模拟计算得到的吻合。可推知,C276合金在质子及多束粒子下的辐照硬化是辐照偏析及可能的位错环硬化综合作用的结果。

关键词： C276 辐照硬化辐照偏析抗辐照性能