核反应堆模型钢FeCrNi微观缺陷结构及演变机理研究

本项目针对核反应堆用关键结构材料在强辐照环境下微观缺陷的演变行为及结构材料性能开展系统深入研究。为排除杂质元素的不确定性影响，项目采用成分简化的FeCrNi模型钢。系统研究了不同成分及其工艺处理下材料中微观缺陷的构型、缺陷回复和转化机制。主要研究内容和结论如下：.（1）系统表征了淬火/冷轧形变等工艺条件下FeCrNi模型钢中微观缺陷种类、浓度及转化过程。研究发现：高温淬火在模型钢中形成少量空位型缺陷，并随退火温度增加聚集形成大尺寸空位团然后逐步湮灭回复；673 K后空位型缺陷回复完毕。形变缺陷主要以位错型缺陷为主，研究中基于正电子的二态捕获模型，对形变导致的位错缺陷浓度进行了定量分析。.（2）对比研究了微量元素对材料微观缺陷演变及力学性质的影响。结果表明：少量掺杂的Mo元素容易与空位型缺陷相互作用，并改变空位缺陷处的元素分布，同时有效抑制空位缺陷的迁移和聚集长大过程。此外，微量Mo元素添加可有效增加合金硬度并改善材料的抗辐照硬化性能。.（3）系统研究了不同辐照条件下微观缺陷的形成与演变机制。低损伤剂量高能电子辐照主要形成少量的单空位和双空位缺陷；重离子辐照在低损伤剂量下可形成大量空位型缺陷，随着辐照剂量增加空位型缺陷浓度达到饱和；同时出现高密度的黑点缺陷，伴随辐照剂量进一步增加，黑点缺陷密度降低并聚集形成较大尺寸位错环。此外，材料中的纳米级位错结构可吸引辐照缺陷并抑制辐照缺陷的形成。等时退火研究发现：重离子辐照空位将在673 K退火过程完全恢复，而辐照导致的位错环则需要高于873 K的热处理温度。.（4）针对模型钢He离子辐照效应及He与缺陷相互作用机制开展系统研究。研究发现：He离子辐照导致材料中形成大量空位型缺陷，同时He原子容易与辐照空位相复合形成HenVm复合体结构，从而导致空位型缺陷有效浓度明显下降；高温辐照（573 K）可促进模型钢中辐照空位的聚集长大。位错缺陷的存在可有效抑制辐照缺陷的形成，并加速He原子的扩散。.（5）针对He辐照缺陷的演变回复机制与He脱附行为开展研究。结果表明：He辐照形成的自由空位在623 K温度退火后发生回复；HenVm复合体将在823 K退火后逐渐分解，其释放出的空位型缺陷迅速回复，而释放出的He原子部分迁移到材料表面发生脱附，另一部分则聚集形成He bubble并稳定存在，直至1300 K左右的热处理温度下才发生