耐腐蚀ODS钢的热时效行为研究

发布时间：2020-03-30 01:55

【摘要】：通过机械合金化(MA)工艺而制备出的氧化物弥散强化(Oxide-Dispersion-Strengthened,ODS)钢被确认为是第四代核反应堆的候选包壳材料。含Cr量在13wt.%以下的ODS钢在腐蚀条件恶劣的核反应堆(如超临界水冷堆、“铅铋共晶”冷却快堆)中服役时,耐蚀性能达不到要求,因此发展出了高Cr-ODS钢(含Cr量为14-22 wt.%)。然而,当含Cr铁素体钢Cr含量超过12 wt.%时,会出现“475~oC脆性”,这是由于Fe-Cr系合金在300-500 ~oC附近温度长期时效会发生α→α+α′相分离,即α相分解成富Fe的α相和富Cr的α′相,α′相析出会引起材料硬化甚至脆化。本课题综合利用EFTEM(能量过滤透射电镜)及APT(三维原子探针)技术对不同Al含量的12Cr(wt.%),15Cr(wt.%)及18Cr(wt.%)ODS钢在475°C下时效9000 h后的微观组织进行表征,旨在研究Cr、Al对FeCrAl-ODS钢的相分离行为的影响机理。本课题的研究结果如下:(1)12Cr、12Cr-5Al ODS钢时效处理后未析出α′相,即未发生α→α+α′相分离行为;(2)15Cr-5Al ODS钢时效处理后析出了α′相,即发生了α→α+α′相分离,表明FeCrAl-ODS钢Cr含量为14.16 wt.%时,4.57 wt.%的Al尚不能抑制α→α+α′相分离行为;另外,15Cr-5Al ODS钢热时效后析出了β′相金属间化合物;(3)15Cr-9Al ODS钢时效后未析出α′相,未发生α→α+α′相分离,表明FeCrAl-ODS钢Cr含量为14.25 wt.%时,8.4 wt.%的Al能抑制α→α+α′相分离行为;另外,15Cr-9Al ODS钢热时效后析出了β′相金属间化合物;(4)18Cr-5Al、18Cr-7Al ODS钢时效处理后析出了α′相,即发生了α→α+α′相分离,表明FeCrAl-ODS钢Cr含量分别为16.78 wt.%,16.73 wt.%时,4.46 wt.%及6.28 wt.%的Al尚不能抑制α→α+α′相分离行为;(5)18Cr-9Al ODS钢时效后未析出α′相,未发生α→α+α′相分离,表明FeCrAl-ODS钢Cr含量为16.84 wt.%时,8.16 wt.%的Al能抑制α→α+α′相分离行为。
【图文】：

聚变堆,运行温度,反应堆,第二代

重庆大学硕士学位论文役环境对材料的挑战裂变是利用热中子去轰击铀原子，释放出 2 到 4 个中子，中子再子，从而形成链式反应。撞击时除释放出中子还会释放出巨大能冷却剂传递到锅炉产生蒸汽，蒸汽驱动涡轮机转动从而产生电能应用与其中的结构材料和功能材料（非结构材料）的发展是密切核反应堆更加严酷的工作环境对服役材料提出了更高要求。这些好的成型能力和优异的力学性能（包括良好的热蠕变抗力）、长期与冷却剂良好的相容性[9]，，而且由于将在高能量的辐照场下服役，中子移位损伤具有良好的尺寸稳定性、力学性能稳定性和显微结1.1 比较了六种第四代裂变堆和三种聚变堆中结构材料的服役温度照损伤剂量等级。

壳管,制作流程,钢包

图 1.2 ODS 钢包壳管的制作流程[28]Fig. 1.2 Cladding tube manufacturing process of ODS steel[28]ODS 合金的弥散强化机理DS 合金有着优异的屈服强度以及高温蠕变强度，这与其微量合金元散细小的纳米氧化物粒子造成的弥散强化效果密不可分。一般而言强度主要从以下三点进行提升：高温下，晶界为不稳定因素，此时，晶内强度大于晶界强度。因此善晶界状态，以增加晶界强度；或是减少晶界，如单晶材料，以消材料高温强度的弱化作用。提高位错在滑移面上的运动阻力。ODS 合金中基体上分布的弥散细物粒即可增加位错滑移时形变机构的变形抗力。抑制位错的扩散型运动的进行。 1.3 为合金的强化机制及其有效温度，从中我们可以看出弥散强化在效果最好；ODS 合金之所以能有别于非 ODS 合金应用于核能系统的
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG142.1;TG156.92

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