【摘 要】
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反应堆压力容器钢作为核岛的第一道保护屏障,其优异的力学性能是核电站安全运营的基础,但长期的高温中子辐照会诱导材料硬化脆化,韧塑形降低,增加断裂的风险。因此,对辐照损伤机制进行系统且定量的分析对核电站的安全运行和延长寿命具有指导意义。本研究所用样品为基于工业反应堆压力钢的成分设计的Fe-Mn-Si模型合金钢,其中Mn和Si为反应堆压力容器钢的主要合金元素。对模型合金进行Fe+离子辐照,设计不同的辐照
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反应堆压力容器钢作为核岛的第一道保护屏障,其优异的力学性能是核电站安全运营的基础,但长期的高温中子辐照会诱导材料硬化脆化,韧塑形降低,增加断裂的风险。因此,对辐照损伤机制进行系统且定量的分析对核电站的安全运行和延长寿命具有指导意义。本研究所用样品为基于工业反应堆压力钢的成分设计的Fe-Mn-Si模型合金钢,其中Mn和Si为反应堆压力容器钢的主要合金元素。对模型合金进行Fe+离子辐照,设计不同的辐照温度（室温、250°C和350°C）和辐照剂量（0.1 dpa、0.6 dpa和1.5 dpa）,结合纳米压痕测试、扫描电子显微镜、电子背散射衍射和三维原子探针技术等先进表征手段对Fe-Mn-Si模型合金在不同辐照条件下硬度变化、团簇演变和晶界偏析偏聚行为进行系统研究,从而揭示合金元素在辐照过程中的分布情况及团簇对辐照硬化的贡献。通过对数据加以分析,得出如下结论:离子辐照使Fe-Mn-Si合金硬度增加,其硬化增量随辐照温度或剂量的增加而增加。离子辐照导致Fe-Mn-Si合金中Mn-Si团簇的形成;在同一辐照温度下,Mn-Si团簇的数量密度和体积分数随辐照剂量的增加呈线性增长;团簇中Mn的含量随辐照温度的增加逐渐升高;此外,随着辐照温度和剂量的上升,团簇的平均尺寸几乎不变,大部分团簇尺寸较小,其对辐照硬化贡献并不明显。离子辐照对合金元素的晶界偏聚有重要影响:辐照导致Mn原子从晶界附近基体扩散到晶界上,而C原子从晶界上扩散到附近基体中;在较高的辐照剂量下,晶界上有富Mn相析出。
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