铁素体/马氏体钢He效应研究

发布时间：2022-02-21 18:05

　　反应堆结构材料在反应堆的强中子辐照场下由（n,α）反应将产生大量He元素,这些He元素的存在最终将导致反应堆结构材料发生肿胀、脆化等一系列性能恶化的He效应。在众多反应堆候选结构材料中,铁素体/马氏体（F/M）钢因为具有较强的抗辐照肿胀性能、良好的导热性能、较强的机械性能等优点而备受关注。针对F/M钢由He元素导致的肿胀、力学性能恶化等问题,本论文工作选择商用F/M钢T91以及新研制的低活化F/M钢SIMP作为研究对象,结合多种测试分析手段对其进行He效应评估对比工作同时也对提高F/M钢抗He效应能力的新方法进行了探索。通过透射电子显微镜（TEM）观察并对比了在系列注He温度下与系列注He剂量下SIMP、T91钢内部He泡的形貌差异、分布状态差异并分析了这些差异产生的因素,探讨了He泡形貌与尺寸的演化过程。发现在所实验的300、450、550℃温度点和1×1020、5×1020、1×1021ions/m2剂量点下材料内部He泡的稳定形状都趋于长方体、正方体,并且都趋向于在位错线、晶界、析出物表面等晶体缺陷处分布。在上述注入条件下,SIMP钢内部He的平均尺寸都小于T91钢内部He泡的平... 

【文章来源】：兰州大学甘肃省211工程院校985工程院校教育部直属院校

【文章页数】：132 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 引言
    1.1 研究意义及背景
        1.1.1 先进核能系统及其结构材料面临的问题
        1.1.2 反应堆结构材料中He元素的产生途径及其对结构材料的影响
    1.2 铁素体/马氏体钢中He行为研究进展
        1.2.1 He原子、HenVm团簇的微观性质
        1.2.2 He泡的性质
        1.2.3 铁素体/马氏体钢的辐照肿胀、He脆行为研究
    1.3 载能离子模拟中子辐照材料
        1.3.1 中子与物质相互作用过程
        1.3.2 离子与物质相互作用过程
        1.3.3 载能离子模拟中子辐照材料优点
    1.4 论文研究目的和主要内容
第二章 离子注入实验
    2.1 试样制备过程
    2.2 离子注入终端简介及离子注入过程
    2.3 离子注入参数
第三章 注He铁素体/马氏体SIMP钢内部He泡的研究
    3.1 TEM方法研究材料内部He泡的进展
    3.2 晶界密度对He泡形貌的影响
        3.2.1 SMAT处理之后的T91微观形貌
        3.2.2 室温注He对比
        3.2.3 He泡在纳米晶粒T91中的演化发展及原因
    3.3 SIMP钢内部He泡分布、形貌观察与分析
        3.3.1 SIMP钢微观结构TEM观察与分析
        3.3.2 SIMP钢中He泡分布的观察与分析
        3.3.3 SIMP钢中He泡形貌的观察与分析
        3.3.4 He泡尺寸与注He温度、剂量的相关性
    3.4 同注He条件下SIMP钢和T91钢内部He泡的对比分析
    3.5 小结
第四章 注He铁素体/马氏体SIMP钢表面力学性能研究
    4.1 纳米压痕测试仪测试过程
    4.2 纳米压痕测试结果及分析
        4.2.1 注氦SIMP钢纳米硬度值测量结果及分析
        4.2.2 辐照硬化的理论基础及注氦SIMP钢产生的缺陷与其硬度值增加关系
    4.3 小结
第五章 注He铁素体/马氏体SIMP钢中He的释放过程研究
    5.1 热解吸谱（TDS: thermal desorption spectroscopy）
    5.2 THDS试验结果和分析
    5.3 小结
第六章 注He铁素体/马氏体钢表面形貌分析
    6.1 注He试样表面形貌观察
        6.1.1 未经过高温处理的注He试样表面形貌
        6.1.2 高温处理后的注He试样表面形貌观察
    6.2 试样表面形貌变化分析
        6.2.1 试样内部微观结构对表面形貌的影响
        6.2.2 He泡演化、发展对表面形貌的影响
    6.3 小结
参考文献
附录 相关测试方法工作原理简介
    1. 扫描电子显微镜（SEM）的工作原理
    2. 热解吸谱（TDS）原理
    3. 透射电子显微镜（TEM）工作原理
    4. 纳米压痕测试仪（NIT）工作原理
在学期间的研究成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]He离子辐照6H-SiC引入缺陷的光谱研究[J]. 杜洋洋,李炳生,王志光,孙建荣,姚存峰,常海龙,庞立龙,朱亚滨,崔明焕,张宏鹏,李远飞,王霁,朱卉平,宋鹏,王栋.  物理学报. 2014(21)
[2]Annealing-induced Grain Refinement in a Nanostructured Ferritic Steel[J]. Limin Wang, Zhenbo Wang, Sheng Guo and Ke Lu Shenyang National Laboratory for Materials Science, Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences, 72 Wenhua Road, Shenyang 110016, China.  Journal of Materials Science & Technology. 2012(01)
[3]纳米硬度技术的发展和应用[J]. 张泰华,杨业敏.  力学进展. 2002(03)
[4]制备钢中碳化物萃取复型的探索[J]. 王京秋,刘守智,李红梅.  理化检验(物理分册). 1996(06)
[5]萃取碳复型上碳化物化学式的确定[J]. 李玉清.  物理测试. 1995(01)

博士论文
[1]铝和不锈钢中氦行为研究[D]. 陈长安.中国工程物理研究院北京研究生部 2003

硕士论文
[1]新型高Si铁素体/马氏体钢显微组织与力学性能研究[D]. 周敏.南京理工大学 2013



本文编号：3637786