用三维原子探针研究反应堆压力容器模拟钢中富铜原子团簇的析出

摘要

本工作用三维原子探针(3DAP)分析和热时效处理方法研究了核反应堆压力容器模拟钢中富铜原子团簇的析出过程，用这种方法模拟中子辐照时诱发压力容器钢中富铜原子团簇的析出过程。实验选用了5种成分不同的模拟钢来进行研究，第一组中2种模拟钢是在工业纯铁的基础上特意提高Cu的含量(～0.4 at.％)，并且其中1种还添加了Ni(0.8 at.％)，目的是为了比较Ni对富铜原子团簇析出的影响；第二组中2种模拟钢样品添加了Mn(1.56 at.％)、Ni(0.75/1.45at.％)、Si(0.64 at.％)和P(0.054 at.％)元素，其中只有Ni的含量不一样其它元素的含量都相同，为了了解Mn、Si和P元素同时存在的情况下Ni对富铜原子团簇析出的影响：第三组只有1种模拟钢，它的化学成分除了Cu含量高以外其它元素的含量都和A508-Ⅲ一样。模拟钢样品分别经过880℃加热淬火和调质处理后，在400℃进行了不同时间的时效处理，得到的主要结果有： 1.提高Cu含量后的反应堆压力容器模拟钢，采用淬火后热时效处理的方法，用3DAP可以研究样品中富铜原子团簇的析出过程。5种成分不同的模拟钢样品在880℃加热水淬后，在400℃时效处理100 h都观察到富铜原子团簇的析出。从100 h到300 h时效处理后，析出富铜原子团簇的大小分布在1～6 nm之间，数量密度为～1023 m-3，与文献报道真实压力容器钢经中子辐照后的结果相似。 2.第二组和第三组模拟钢样品调质处理后，在400℃时效处理100 h都没有观察到富铜原子团簇的析出，经时效1000 h后才观察到富铜原子团簇的析出，析出团簇的大小分布在1～3 nm之间，数量密度为1022m-3。调质处理延缓了富铜原子团簇的析出过程。 3.在析出的富铜原子团簇中，都观察到存在Mn和Ni，有时团簇中还含有P和Si元素。Mn和Ni还在团簇和基体金属的界面处发生明显的富集，这可能是阻碍富铜原子团簇长大的主要原因。 4.比较Ni含量不同的模拟钢样品时效后富铜原子团簇的析出情况，观察到Ni含量高的样品富铜原子团簇的数量密度高1～3倍，合金元素Ni可以促使富铜原子团簇的析出。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章前言

1.1 核电的发展

1.2 核压力容器与核反应堆

1.3 核压力容器材料在应用中遇到的主要问题

1.4 核压力容器钢辐照行为方面的研究概况

1.5 模拟钢的辐照研究

1.6 热时效模拟的研究

1.7 本论文研究工作的目的、意义和内容

第二章研究方法

2.1 实验材料

2.2 热时效处理制度

2.3 硬度测试

2.4 三维原子探针

第三章Ni对富铜原子团簇析出的影响

3.1 引言

3.2 硬度测试

3.3 3DAP分析

3.3.1 检测体积中各元素原子的分布

3.3.2 富铜原子团簇等效直径的变化

3.3.3 富铜原子团簇中的成分分析

3.4 本章小结

第四章 时效前热处理制度以及Mn、Si和P元素对富铜原子团簇析出的影响

4.1 引言

4.2 硬度测试

4.3 3DAP分析

4.3.1 检测体积中各元素原子的分布

4.3.2 富铜原子团簇等效直径的变化

4.3.3 富铜原子团簇中的成分分析

4.4 本章小结

第五章淬火及调质处理对反应堆压力容器模拟钢中富铜原子团簇析出的影响

5.1 引言

5.2 硬度测试

5.3 3DAP的分析结果

5.3.1 检测体积中各元素原子的分布情况

5.3.2 富铜原子团簇等效直径的变化

5.3.3 富铜原子团簇中的成分分析

5.4 本章小结

第六章结论

参考文献

作者在攻读硕士学位期间公开发表的论文

作者在攻读硕士学位期间所作的项目

致谢