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1.61 dpa/300℃中子辐照后CLAM钢的硬化和脆化行为

更新时间:2009-03-28

核能是中长期能源发展的重点,反应堆的安全是保证核能发展的前提,材料在保障其安全方面至关重要[1]。低活化铁素体/马氏体钢(Reduced Activation Ferritic/Martensitic steel,RAFM)以其优良的抗辐照性能、热机械性能以及相对成熟的工业技术被认为是未来聚变堆的首选结构材料[2,3]。由中国科学院核能安全技术研究所·FDS凤麟核能团队牵头研发的具有我国自主知识产权的CLAM钢(China Low Activation Martensitic steel,CLAM)经过十八年的发展,其主要性能与国际同类钢相当,部分性能更优,与欧洲的Eurofer97、日本的F82H并称世界三大低活化钢,并被选为ITER-CN-TBM 首选结构材料[4-7]

为推进CLAM钢在ITER中的核工程应用,FDS团队先后开展了CLAM钢ITER剂量系列中子辐照实验。本文通过开展1.61 dpa/300℃中子辐照后CLAM钢的拉伸和冲击性能测试与分析,研究了CLAM钢在该辐照条件下的辐照硬化和脆化行为。

1 实验

1.1 实验材料

实验材料取自真空感应炉熔炼的1.2 t CLAM(HEAT 0912)钢铸锭,通过锻造开坯并热轧成12 mm厚板材[4]热处理工艺为980℃保温30 min,空冷淬火,再经760℃保温90 min回火后空冷,其化学成分如表1所示。

 

表1 CLAM(HEAT 0912)钢化学成分(wt.%)Table 1 Chemical compositions of CLAM(HEAT 0912)(wt.%)

 

1.2 实验过程及方法

1.61 dpa/300℃中子辐照实验在中国高通量工程试验堆HFETR中展开。

项目区降雨较少,降雨时空分布不均,7—9月份降水量占全年降水量的70%,且降雨常以暴雨形式出现,历时短、坡面径流集中、冲刷力强,因而夏秋季节的短历时强降雨是加剧水土流失的主要因子之一。

[3] Huang Q,Baluc N,Dai Y,et al.Recent progress of R&D activities on reduced activation ferritic/martensitic steels[J].Journal of Nuclear Materials,2013,442(1-3):S2-S8.

[8] Sokolov M A,Alexander D J.An improved correlation procedure for subsize and full-size Charpy impact specimen data[R].United States,ORNL,NUREG/CR-6379,1997.

冲击样品尺寸为55 mm×10 mm×10 mm,其V缺口为45°×2 mm,在RKP 450TZE示波冲击试验机上参照ASTM E23标准开展测试。

2 结果与讨论

2.1 测试结果

2.1.1 拉伸性能

(2)根据设备的分选原理,各粗煤泥分选设备对粒度的适应范围不同。要想拓宽分选粒度范围,除在技术和设备本身上下功夫外,还可以通过合理的工艺流程设计,实现不同分选设备的优势互补。

  

图1 1.61 dpa/300℃中子辐照前后CLAM钢的拉伸性能(a)强度随测试温度变化;(b)屈强比随测试温度变化;(c)延伸率随测试温度变化Fig.1 Tensile properties of CLAM steel before and after neutron irradiation to 1.61 dpa at 300℃

由图1(a)可知,CLAM钢辐照后在室温测试时,抗拉强度和屈服强度分别为692 MPa和596 MPa,相比辐照前分别增加了29 MPa和56 MPa;100℃测试时分别增加了13 MPa和40 MPa;200℃测试时分别增加了37 MPa和62 MPa;300℃测试时分别增加了17 MPa和36 MPa,表现出一定程度的辐照硬化。

脂肪酸(fatty acid)是油脂(甘油三酯)的主要组成单元[1],其结构是末端含有羧基的长碳氢链,一般根据碳链的饱和程度分为饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸,极少数特殊油脂的脂肪酸可能含有羟基、环氧基等。是自然界中最常见的有机物之一,广泛存在于动植物或微生物等的油脂中。在日常生活中,脂肪酸产品被广泛用于化妆品、洗涤剂、肥皂、工业脂肪酸盐、涂料、油漆、橡胶等领域,不愧为油脂工业的3大中间体之首[2]。脂肪酸羧基的反应最常见的自然是中和皂化成盐等,在上篇已经讲述[3],这里主要讲述羧酸的酯化、酰卤化、酸酐化、过氧化、脱羧等反应,由于a-H的活性是受到羧酸的影响,故该反应也放在本文中稍加讲解。

一般情况下,伴随强度的升高,塑形会降低。图1(c)表明,在室温到300℃的测试温度范围内,与辐照前相比,室温测试时CLAM钢辐照后的总延伸率降低约5%,300℃测试时总延伸率降低约1.5%,其他两个温度点的总延伸率降低值在3%左右。说明CLAM钢在1.61 dpa/300℃辐照后,延性降低,有一定的脆化倾向。

以甘肃省3个栽培区域5个紫花苜蓿品种为寄主植物,旨在揭示紫花苜蓿内生和非内生细菌的遗传多样性。细菌种群多样性受到土壤类型和植物基因型的影响[33]。从土壤类型分析,武威和会宁地区的菌株遗传多样性最丰富,兰州地区菌株遗传多样性最低;从植物基因型分析,生长于兰州地区的WL168HQ苜蓿菌株遗传多样性最丰富,生长于武威地区的甘农3号苜蓿菌株多样性指数最低。说明土壤类型和植物基因型对细菌种群多样性的影响并不是一致的。

2.1.2 冲击性能

图2是采用玻尔兹曼函数拟合得到的1.61dpa/300℃辐照前后CLAM钢的冲击曲线。由图2(a)可知,辐照前CLAM的DBTT值为-48℃,辐照后DBTT值上升至8℃,升高了56℃。从侧膨胀量和脆性断面率与温度的关系曲线得到了韧脆转变温度ETT和FATT,如图2(b)和图2(c)所示,辐照后较辐照前分别增加了69℃和73℃。可以看出辐照后的CLAM钢表现出明显的辐照脆化倾向。上平台能量(USE)相比辐照前降低不明显,约为250 J。

  

图2 1.61 dpa/300℃中子辐照前后CLAM钢的冲击性能(a)冲击吸收功随测试温度变化;(b)侧膨胀量随测试温度变化;(c)脆性断面率随测试温度变化Fig.2 Impact properties of CLAM steel before and after neutron irradiation to 1.61 dpa at 300℃

2.2 讨论分析

为了综合分析RAFM钢的中子辐照脆化行为,利用如式(1)、式(2)对不同尺寸样品的冲击实验数据进行归一化处理[8]

 

小儿秋季腹泻是临床上较为常见的一种儿科疾病,该疾病的发病率在逐年的上升,对患儿的健康成长造成了严重的影响。小儿秋季腹泻主要是由轮状病毒感染引起,其起病较快,流行性较强。患儿因自身年龄较小,机体抵抗力较弱,因而极易感染轮状病毒。该疾病临床表现为呕吐、发热、食欲减退以及大便次数明显增加等[2]。临床上对于小儿秋季腹泻还没有特效药物,因而需要结合有效的护理干预,促进患儿的康复[3]。

式中:DBTTfull size、DBTTsubsize分别为全尺寸样品和小样品的韧脆转变温度,B为冲击样品的宽度,b为冲击样品的高度减去缺口深度。图3给出中子辐照对RAFM钢韧脆转变温度的影响。其中,CLAM钢的数据为本实验及课题组前期研究成果[7,9,10],其余RAFM钢的数据来源于文献[11-17],所有DBTT值均等价转换为全尺寸冲击样品测试值进行比较。

中子辐照后RAFM钢的DBTT增量随辐照温度的变化规律如图3(a)所示,可以看出当辐照温度Tirr为300℃左右时,DBTT的增量最大,即辐照脆化倾向最严重。图3(b)给出了RAFM钢在辐照温度为(300±30)℃条件下的DBTT增量随辐照剂量(0.02~70 dpa)的变化规律。在此温度条件下辐照时,随着辐照剂量的增加,RAFM钢的ΔDBTT先快速增大后趋于平缓。当辐照剂量超过30 dpa时,ΔDBTT有达到饱和的趋势。因此,300℃低剂量下的中子辐照硬化和脆化行为需要深入研究。

  

图3 中子辐照对RAFM钢韧脆转变温度的影响(a)ΔDBTT随辐照温度的变化;(b)ΔDBTT随辐照剂量的变化Fig.3 Neutron irradiation effect on DBTT of the RAFM steels

  

图4 300℃中子辐照下RAFM钢的硬化与脆化(a)ΔDBTT随辐照剂量的变化;(b)ΔYS随测试温度的变化;(c)ΔUS随测试温度的变化Fig.4 Neutron irradiation induced hardening and embrittlement of RAFM steel at 300℃

在此温度条件下,当中子辐照剂量约为3 dpa或低于3 dpa时RAFM钢的强度变化和韧脆转变温度变化如图4所示。图4(a)给出了中子辐照后RAFM钢的DBTT增量随辐照剂量的变化规律。CLAM钢在1.61 dpa/300℃条件下辐照后DBTT升高了56℃,相近条件下得到的Eurofer97的DBTT升高近105℃[14,16,17];在0.2~0.8 dpa剂量范围内,F82H等其他国际同类RAFM钢的DBTT升高59~179℃[14,16],均大于CLAM钢的DBTT变化量,说明CLAM在相近辐照条件下的抗中子辐照脆化能力比日本的F82H、JLF-1和欧洲的Eurofer97要更加优异。

另外,从图4(b)和图4(c)给出的屈服强度和抗拉强度的增量随测试温度的变化规律可以看出,室温测试时,CLAM钢1.61 dpa辐照后的屈服强度和抗拉强度分别增加了56 MPa和29 MPa,而Eurofer97在2.0~2.7 dpa辐照后的屈服强度和抗拉强度分别增加了301~370 MPa和174~253 MPa[18];F82H 在 2.08~3.01 dpa辐照后屈服强度和抗拉强度分别增加了197~320 MPa和118~245 MPa[18]。300℃测试时,CLAM钢1.61 dpa辐照后的屈服强度和抗拉强度分别增加了 36 MPa和 17 MPa,而 Eurofer97在 0.22~2.5 dpa辐照后屈服强度和抗拉强度分别增加了72~295 MPa和 17~229 MPa[18];F82H 在 2.37~2.96 dpa辐照后屈服强度和抗拉强度分别增加了140~203 MPa和 99~143 MPa[18]。表明在相近辐照条件下,CLAM钢相比国际同类RAFM钢的中子辐照硬化小。

3 总结

通过开展1.61 dpa/300℃条件下CLAM钢中子辐照前后的拉伸和冲击性能测试,分析了其辐照硬化和脆化行为,主要结论如下:

(1)CLAM钢辐照后的抗拉强度和屈服强度相比辐照前均有增加,其辐照后在室温测试的抗拉强度和屈服强度分别为692 MPa和596 MPa,相比辐照前分别增加了29 MPa和56 MPa,表现出一定程度的辐照硬化。

3.1.2机器设备因素 虽然我们采用了成像质量较高的KODAK DIRECTVIEW DR7500 SYSTEM,但是由于不能及时定期对机器设备进行充分的维护与保养,导致图像的对比度与清晰度下降,伪影的发生增加,使影像诊断结果的准确性降低。

(2)CLAM钢辐照后DBTT上升了56℃,出现辐照脆化现象。上平台能量相比辐照前降低不明显,约为250 J。

(3)相近辐照条件下,CLAM钢相比国际同类RAFM钢(如F82H和Eurofer97等)表现出相对优异的抗辐照能力。

红琴见风影各方面示弱,连性功能也几乎没有,便自高自大起来,觉得自己非常了不起,就连她有一副健全的生殖器似乎也成了骄傲的资本,嫁给他简直就是神赐,像他这样的人,能够娶到她这样的仙子,那是他的造化。风影视作世外桃源的地方,她一天也呆不住,她耐不住茶庄里的寂寞,有事没事总喜欢往村子里跑,于她来说,回村子里就像赶集一样,她的天性里喜欢热闹。她与风影恰恰相反,不像他自造一个虚幻世界,沉迷其中不能自拔,她是哪里人多就往哪里钻,轧闹猛就会入迷,三天不见人,三天不找人神聊,她就会发疯。

致谢 感谢FDS凤麟核能团队其他成员对本工作的帮助,感谢中国核动力研究设计院莫华均、张海生、孙凯、黄娟、崔永海、雷阳、李福荣等老师在辐照实验及后测试过程中给予的各种帮助与支持。

参考文献:

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拉伸样品长度为51 mm,标距段尺寸为F4mm×20 mm,测试温度从室温到辐照温度,拉伸速率为 1×10-3s-1,在 MTS 810 万能材料试验机上参照GB/T 228—2002和GB/T 4338—2006标准展开测试。

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[7] Huang Q.Development status of CLAM steel for fusion application[J].Journal ofNuclear Materials,2014,455(1-3):649-654.

由于档案信息资源种类比较繁多,要想实现档案信息资源的共享,必须建立大数据档案信息资源平台,确保人们能够充分利用这些信息。目前,我国已经建立了全国开放的档案信息资源共享平台,但依然有些不完善,需要进行调整。一方面,应当借助大数据技术,有效整合档案资源,并充分发挥双方优势,使档案信息资源共享平台的功能不断完善,从而更好地服务于大众。另一方面,还应当加速将已经完成数字化的档案资源,合理纳入信息资源共享平台中,以推进大数据档案信息资源平台的深入发展。

1.61 dpa/300℃中子辐照前后CLAM钢的拉伸测试结果如图1所示。可以看出辐照前后CLAM的屈服强度(YS)和抗拉强度(US)随测试温度的变化规律基本一致,且辐照后的屈服强度和抗拉强度相比辐照前均有一定程度增大,屈服强度的增幅更大。

屈强比,即材料的屈服强度与抗拉强度的比值,是衡量钢材强度储备的一个指标。屈强比低,表示材料的塑性较好,屈强比高表示材料的抗变形能力较强,不易发生塑性变形。由图1(b)屈强比随测试温度的变化可知,CLAM钢在辐照前各测试温度的屈强比依次为0.82、0.83、0.84、0.87,在辐照后依次为0.86、0.88、0.91、0.90。可以看出辐照前后的CLAM钢均具有良好的强度储备。

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例4 (2018年株洲中考卷)如图9,O为坐标原点,△OAB是等腰直角三角形,∠OAB=90°,点B的坐标为将该三角形沿x轴向右平移得到Rt△O′A′B′,此时点B′的坐标为则线段OA在平移过程中扫过部分的图形面积为________.

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As the precision of the observable of Ndis considerably higher than that of Naobservation precision,can be replaced by.The new narrow-lane ambiguity equation is as follows:

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某水利枢纽正常运行期近坝区域流场数值模拟…………………………………………………王静静,王金磊(1.66)

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黄学龙,信敬平,毛小东,孙寿华
《核科学与工程》 2018年第02期
《核科学与工程》2018年第02期文献

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