反應(yīng)堆用馬氏體時效強化鋼的微觀組織與性能研究.pdf

1、馬氏體時效強化不銹鋼具有杰出的機械性能，且在高溫服役環(huán)境中表現(xiàn)穩(wěn)定，因而在航空和傳統(tǒng)能源領(lǐng)域廣受青睞。此外，材料的熱膨脹系數(shù)均勻，良好的抗腐蝕性能以及時效前優(yōu)良的加工特性也引起了核能業(yè)界的關(guān)注。由于時效后的材料內(nèi)部能夠析出大量細(xì)小彌散的NiAl金屬間化合物，形成吸收輻照損傷空位的勢阱，為材料的耐輻照性能創(chuàng)造了客觀條件，馬氏體時效強化不銹鋼也成為了重要的新一代反應(yīng)堆備選結(jié)構(gòu)材料。
　　本論文從研究馬氏體時效強化不銹鋼PH13-8Mo

2、的長周期高溫性能變化出發(fā)，在450、500和600℃分別對材料進(jìn)行了長達(dá)2000h的時效處理，通過掃描電鏡技術(shù)(SEM)和X射線衍射技術(shù)(XRD)等，對不同時效狀態(tài)下的樣品進(jìn)行了組織表征與相分析，發(fā)現(xiàn)材料在450℃達(dá)到硬度峰值后不發(fā)生性能衰減現(xiàn)象，而500和600℃時效樣品中析出物的粗化以及反相奧氏體的出現(xiàn)是材料失效的重要原因。
　　采用直線加速器設(shè)備，使用能量為1.5MeV的質(zhì)子在300℃下對固溶態(tài)樣品和500、600℃時效樣品

3、進(jìn)行輻照，累積輻照損傷約為5dpa。采用納米壓痕設(shè)備對樣品進(jìn)行顯微力學(xué)測試，發(fā)現(xiàn)材料在450℃時效狀態(tài)下尺寸效應(yīng)最為突出。輻照樣品的納米壓痕結(jié)果顯示，固溶態(tài)和600℃時效樣品在300℃輻照環(huán)境中發(fā)生熱力學(xué)析出，輻照效應(yīng)加深了熱力學(xué)析出的過程。500℃時效樣品的輻照硬化現(xiàn)象最不明顯，材料具有最優(yōu)抗輻照性能。
　　采用三維原子探針檢測技術(shù)重構(gòu)了500和600℃輻照樣品輻照區(qū)與未輻照區(qū)的三維圖像，對析出物的成分分析和表征結(jié)果表明，離子輻

4、照會促進(jìn)600℃時效試樣中NiAl析出物的形成與長大，輻照區(qū)中析出物的尺寸和密度均大干未輻照區(qū)域。另一方面，對變形機制的研究表明，500℃時效樣品的析出物強化通過Orowan機制實現(xiàn)，600℃時效樣品的強化則通過位錯切割析出物機制實現(xiàn)。500℃時效樣品中析出物的Ni/Al比例最高，為1.7。
　　采用高溫納米壓痕和高溫拉伸設(shè)備對固溶態(tài)樣品進(jìn)行了測試，研究結(jié)果表明材料在500℃以下變形過程中，析出物的強化作用大于基體的熱力學(xué)軟化，材

5、料通過位錯的擴散進(jìn)行變形;而500℃以上材料的空間激活體積迅速增大，析出物的粗化與新的位錯系統(tǒng)的開動導(dǎo)致材料通過位錯攀移進(jìn)行變形，表現(xiàn)為材料的熱力學(xué)軟化。另一方面，材料在高溫下的納米壓痕測試與極限拉伸強度存在良好的線性對應(yīng)關(guān)系:UTS=0.212H+127.92。
　　最后，通過與當(dāng)前的各類抗輻照合金鋼進(jìn)行對比，討論了PH13-8Mo在核工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用前景以及采用機械熱處理方法進(jìn)一步提高PH13-8Mo性能，拓寬其應(yīng)用范圍的可能