Fe_Cr_Mn_W_V_合金焊接热影响区的辐照损伤及诱发的

低放射性Fe_Cr_Mn_W_V_奥氏体钢抗辐照损伤特性研究

第

卷

第年

期月

今扁学玻

一

卜

合金焊接热影响区的辐照损伤及诱发的晶界元素偏析,

胡本芙北京科技大学材料科学与工程学院,

木下博嗣北京

高桥平七郎,

北海道大学新能源工学研究中心

札幌

,

日本

摘

要

采用电子束辐照研究裂变

一

聚变混合反应堆预选结构材料

℃

一,

,

合金的焊接热影响区,

组织损伤

,

测定损伤组织和晶界处的合金元素浓度变化出然而在高温下和,

实验结果表明

低温下剂量达,

合金奥氏体组织稳定其次,

未发现空洞形成和第二相析晶界附近大尺寸溶质原子

剂量达,,

就明显出现低密度微小空洞,

并出现晶界移动现象

在低温下

,

贫化

,

而小尺寸原子

等富集

在高温下

,

小尺寸溶质原子在晶界处的浓度变化规律难以用原子尺寸效应解释

并

讨论了出现这些现象的原因及理论依据

关祖词

辐照损伤

,

晶界

,

偏析

,

热影响区

中图法分类号

文献标识码

文章编号

一

一

一

,

丫一

一

,

可“,

,

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里,

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二

忍夕夕一一

,

,

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夕

一

一

,

一

一

,

一

饰。三

,

,

,

。

一,,

一

,

,

核裂变,

一

聚变混合反应堆采用金属结构材料不可避免,

,

其组织损伤变化和行为直接影响着反应堆寿命究焊接热影响区,

,

因此研

,

地要施行焊接组合而且在运行中一旦反应堆发生材料方面事故和破损常要采用焊接修补技术焊接组合的金属结构材料在反应堆中承受辐照时焊接各部以及焊缝等均可能发生组织损伤特别是焊接热影响区是焊接部的薄弱环节,,

的辐照损伤

以及相稳定性是对反应堆金属材料焊接件质量评价的基本要

,

,

求

实验方法卜飞

卜

,

合金采用真空感应炉熔炼℃,

,

经锻造,

成棒后国家

,

进行退火处理试样尺寸为

及固溶处理中间切保护电弧焊法

计划资助项目一一

℃,

,

收到初稿日期

收到修改稿日期年生,

一

一

口

,

打断后沿切口处采用钨极惰性气体,

作者简介

胡本芙

,

男

,

教授

进行焊接而后进行消除应力热处理沿试样横向切

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低放射性Fe_Cr_Mn_W_V_奥氏体钢抗辐照损伤特性研究

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低放射性Fe_Cr_Mn_W_V_奥氏体钢抗辐照损伤特性研究

期

胡本芙等

一

,

合金焊接热影响区的辐照损伤及诱发的晶界元素偏析张力因吸附,

量的减少而增大高温辐照至

,

更容易捕获空位促使空时就观察到了空洞,

“。

雨

洞长大

因此,

,

其次焊接时熔池中心与边缘存在一定温度梯度冷却

‘门的}七芝

。

一一一一

。

。

十

“

一

,

一

,

时从图减少明显,

内保存的残余应力也可促进高温时空洞的形成辐照诱发晶界偏析,

结果看出,

各温度下,

,

在晶界处浓度均如与减少不及,

且随温度升高而

浓度的减少程度增加,

基体成分相比图一

时时,

减少约,

,

减少约

减少,,

。一一

‘一

‘

给出在,

辐照后晶界处

的和,

。

浓度变化和

显然

,

前三种元素在晶界处浓度增加给出这些元素在,

一

更加明显图

时晶界偏析结果,

的浓度增加

和

的浓度减少且晶界附近各,

元素浓度变化波动很大。一七芝岁}

根据电子辐照诱起晶界偏析理论,

经辐照的合金中产,

生大量空位和间隙原子它们在向尾间移动过程中与溶质原

子发生相互作用合金中

,

,

与,

相比是大尺寸原子,

以换位方式优先与空位相互作用可降低点阵畸变

故,

和空位优先

与空位相互作用较为强烈优先与空位相互交换移向尾间而消失而一一

,

和

从尾间离开造成晶界贫化,,

反之

,

比基体

原子小的溶质原子,,

和

与间隙原子发生相互作用降低点阵畸变间隙原子带着溶质图和

辐照后,,

卜,

一,

原子以混合哑铃状组态向晶界迁移,

导致晶界处

,

,

合金的浓度变化

的晶界溶质元素小尺寸原子的一

和

和

浓度增加,

图

,

的实验结果可以用上述理论加以,

解释,

但是高温辐照诱发晶界移动这对含量较少的小尺寸溶质原子晶界偏析行为影响很大图这是因为焊接时熔,,

一

一

一

一

一①一

一

一

合区固一液界面合金元素的扩散转移是激烈的此时溶质原子浓度分布决定于该元素在固一

液相中扩散系数和分配系元素的平衡分配系数在的扩散系数的,

子形成,

,

缺陷对与空位移动速度相比间隙原子移,,

,

数如在

句中之间,

,

,

,

和

动速度更快相互容易聚集并形成间隙原子型位错环一旦形成间隙环后,

一。一,

而其扩散系数是

一

它将继续吸收

间隙原子而长大,,

,

使母相中间,

使得这些元素在熔合区浓度分布呈跳跃变化

因而

隙原子浓度降低相对空位浓度就升高其结果促使空位相聚合形成空位串当空位串长大至一定尺寸且变得稳定时它吸收空位大于放出空位,,

造成邻近

的化学成分不均匀性

正是这种化学成分不,

均匀性导致高温晶界偏析不同于低温晶界偏析规律其辐照诱发晶界偏析不能用原子尺寸效应有效地加以解释焊接,

则形成空洞

可是,

,

在实际合金,

中空洞的形成和长大行为要考虑溶质原子的效应受到强烈影响,,

因为溶

辐照诱发晶界移动现象早已被证实,

质原子与空位和间隙原子会产生相互作用其扩散迁移速度特别是,,

扩散引起晶界移动它是由于溶质原子流同,,

等间隙溶质元素经常吸附,

在空洞表面减少表面张力,

,

影响空洞进一步长大’焊接

向晶界使晶界附近产生溶质原子浓度差异而引起的样,

时熔池中液态金属处于过热状态生溶解从而使焊缝和,

合金元素尤其是,

,

等轻元素烧损比较严重并且也使得间形成和

中碳化物部分发的高浓度梯度在

辐照亦会引起晶界附近溶质原子浓度变化此时晶界移动是辐照诱起晶界显著偏析的结果,例在晶界移动中起主导作用的主要是小尺寸溶质原子与间隙原子相互作用使晶界处浓度增加而大尺寸溶质原子与空位相互作用使溶质原子远离晶界则不会对晶界移动做出贡献低温时,,

,

随后焊后热处理时加速移造成中照时,

,

自和,

向焊缝的扩散迁,

,

,

中

,

浓度比基体低经实验测定同时

和

浓度分别低于基体中空位扩散速度加快

故高温辐

点缺陷移动速度低

,

间隙原子相互结合机会多容易形成大,

,

中空洞表面

量缺陷集合体和位错环等二次缺陷它们可以作为新的尾间

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低放射性Fe_Cr_Mn_W_V_奥氏体钢抗辐照损伤特性研究

金,

属

学

报

卷

吸收大量点缺陷从而使流入晶界的点缺陷数量降低故晶界发生移动所需必要的点缺陷流入晶界减少引起晶界移动困难,

,

性和残存应力不均衡性引起晶界移动本实验在日本北海道大学新能源工学研究中心新世纪先进材料实验室、

可是在高温辐照时晚,

,

极限材料工学超高压电镜室进行

,

得

到各位先生热情帮助

,

谨致

一方面位错环等二次缺陷形成较,

位错环尺寸也大图,

大尺寸位错环作为新尾间,

,

谢忱

位

错偏压较弱,

吸收点缺陷能力降低,

另一方面微小空洞形成

参考文献【」胡本芙,

并长大使很多空位消耗在基体内则间隙原子和小尺寸溶,

,

质原子相互作用机会增加它们以哑铃状组态拖着大量间隙原子流入晶界造成晶界显著偏析得到充分保证,,,

压。

,

晶界移动所需的点缺陷

高桥平七郎,

,

竹

太郎

金属学报。

,

从而发生晶界移动,

特别是,

中残余应,

【胡本芙,

流￡高桥平七郎,

‘了乞

访叼

,

力的不均衡性在高温下影响明显结果

既促进溶质原子扩散

同【』

时促使小尺寸溶质原子晶界浓度的变化显著

如图

所示

北京科技大学学报,,

,

脚,,

口

几

,

结论卜,

合金焊接,

在和

以下

』【』【』乳

,

,

‘

,

如七。

亡

,

,

,

辐照时奥氏体组织稳定且具有优良抗肿胀性能焊接和

松田福久

焊接冶金学

东京。,

日刊工业新闻社,

,

辐照后

晶界处时,

浓度减少时,

,

且随温度增加晶界浓度减少程度增大在晶界处浓度增加,

,

【』【」】【,

爪,,

肠气

,

而,

在晶界处

和

‘,,

的浓度增加

而

和

的浓度减少的化学成分不均匀

高温

辐照时焊接

而

几

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