用于超临界水堆燃料包壳的ODS铁素体钢的研究进展
第21卷第11期2009年11月 钢铁研究学报 Journal of Iron and Steel ResearchVol.21,No.11November 2009基金项目:国家973重点基础研究发展计划资助项目(2007CB209800)作者简介:何 培(19832),女,硕士生; E 2m ail :hepei0310@ ; 修订日期:2009206227用于超临界水堆燃料包壳的ODS 铁素体钢的研究进展何 培, 周张健, 李 明, 许迎利, 葛昌纯(北京科技大学材料科学与工程学院,北京100083)摘 要:超临界水堆具有热效率高、系统简化、成本低等优点,成为第四代核反应堆中优先发展的堆型。
ODS 铁素体钢由于其优异的高温力学性能和良好的抗辐照能力成为超临界水堆包壳最有希望的候选材料。
旨在回顾ODS 铁素体钢制造工艺,包括机械合金化参数的优化,热处理工艺的选择以消除力学性能上的各向异性。
根据超临界水堆包壳的服役条件,结合最新的实验数据,对ODS 铁素体钢的高温力学性能、在超临界水中的耐腐蚀性以及中子辐照稳定性进行了总结和展望。
关键词:超临界水堆;氧化弥散强化;铁素体钢中图分类号:TL35212 文献标识码:A 文章编号:100120963(2009)1120005207Progress of Using Oxide Dispersion Strengthened Ferritic Steels asFuel Cladding Materials in Supercritical W ater R eactorH E Pei , ZHOU Zhang 2jian ,L I Ming , XU Y ing 2li , GE Chang 2chun(School of Materials Science and Engineering ,University of Science and Technology Beijing ,Beijing 100083,China )Abstract :Supercritical water reactor (SCWR )is considered to be the most promising reactor among G en IV reac 2tors due to its higher thermal efficiency ,considerable system simplification and improved economics.ODS ferritic steels have been considered as one of promising cladding candidate materials for SCWR because of the excellent properties ,such as superior high temperature strength and outstanding swelling resistance.The aim of this paper is to review both the fabrication technology of ODS ferritic steels ,including the optimization of mechanical alloying parameters and thermal treatment methods for ameliorating the densification and deforming work induced mechani 2cal anisotropy ,and the evaluation of the high temperature mechanical properties ,corrosion resistance in SCW and neutron irradiation resistance of ODS ferritic steels according to the working conditions in SCWR.K ey w ords :supercritical water reactor ;oxide dispersion strengthened ;ferritic steel 能源问题日益成为世界发展所面临的共同危机。
核能是解决我国能源问题的重要途径之一。
超临界水堆(Super Critical Water Reactor ,SCWR )作为第四代核能系统国际论坛(Generation ⅣInter 2national Forum ,GIF )提出的六种概念堆型中唯一的水冷堆,具有高效率、低消耗、低成本等优点。
材料问题是目前SCWR 发展面临的两大技术难题之一[1]。
反应堆元件包壳是反应堆中工况最苛刻的重要部件,面临着核燃料、高温高压、超临界水的腐蚀和强烈的中子辐照。
根据2002年GIF 发布的SC 2WR 技术报告,燃料包壳及堆内构件要求具有以下特性[1]: (1)在工作温度范围(280～620℃,非正常情况高达840℃)具有高强度和耐腐蚀性; (2)低的应力腐蚀开裂(SCC )敏感性; (3)较低的中子吸收截面和吸收中子后的感生放射弱性; (4)中子辐射稳定性:低辐照肿胀、低辐照脆性、低活化; (5)易加工成型。
目前核电站内广泛使用的燃料包壳是Zr 合金,但Zr 合金的机械性能较差并存在严重的辐照肿胀问题,不能满足SCWR 燃料包壳的要求。
根据目前的研究结果,筛选出了四类SCWR 燃料包壳的候选材料,分别是Ni 基合金、奥氏体不锈钢、低活性的F/M 钢和氧化物弥散强化(Oxided Dispersio n St rengt hed ,ODS )铁素体钢[2]。
其中,ODS 铁素体钢由于其优异的高温力学性能和良好的抗辐照能力成为SCWR 包壳最有希望的一类候选材料。
弥散强化是指用不溶于基体金属的超细第二相(强化相)来强化金属材料方法,其实质是利用弥散的超细微粒阻碍位错运动,不仅能够提高材料的高温力学性能,而且能够增强材料的辐照稳定性。
本文就近年来ODS 铁素体钢的成分设计、制备工艺进行了回顾,并结合超临界水堆包壳材料的服役条件对其力学性能、抗腐蚀性能以及抗辐照性能进行评价和展望。
1 ODS 铁素体钢的成分设计111 主要成分的设计 通过对化学成分的优化设计能够得到具有优良综合性能的ODS 钢。
根据文献报道[3-6],提高Cr 含量能够提高钢的抗腐蚀能力,但随着Cr 含量的增加会导致时效脆性。
Mo 、W 在钢中都能够起到固溶强化的作用。
W 的活性较低,并且能够有效降低韧脆转变温度(Duc 2tile to brittle transition temperat ure ,DB T T ),一般用W 来代替Mo 。
随W 含量增加,钢的蠕变强度增加;当含量超过3%(质量分数,下同)含量,蠕变强度趋于饱和。
Al 能够提高钢的抗腐蚀能力,一般的加入量为3%～6%。
国外已经成功制备出多种商业化的ODS 铁素体钢,化学成分(质量分数,%)如表1所示。
从20世纪80年代起,日本[7,8]开始从事ODS 钢的研究,化学成分从9Cr 一直增加到22Cr 。
日本核循环研究所(Japan Nuclear Cycle Development Institute ,J NC )利用微观组织控制使得纳米尺寸的氧化物颗粒在等轴晶粒中均匀分布,成功研制出了性能优异的9Cr ODS 马氏体钢和12Cr ODS 铁素体钢。
为了增强ODS 钢在超临界水中的耐腐蚀性,又展开了对高Cr ODS 铁素体钢的研究。
表1是商业化的ODS 铁素体钢[9]。
112 弥散质点的选择 为了使第二相在基体中分布均匀,对弥散微粒有如下要求[10]:微粒尺寸要尽可能小(0101～0105μm );微粒与基体不相互作用,在高温下微粒集聚的倾向性小。
在采用氧化弥散强化方法时,应选择熔点高且结构稳定的颗粒。
氧化物的稳定性包括高温下的稳定性和在辐照条件下的稳定性。
研究发现[11],氧化物(MgAl 2O 4、MgO 、Al 2O 3和Y 2O 3)在辐照下都发生一定程度的溶解,Y 2O 3最为稳定[12]。
因此,Y 2O 3成为广泛采用的弥散质点。
氧化弥散强化能够有效提高铁素体钢的高温强度,尤其是抗蠕变性能。
研究表明[9],Y 2O 3的含量存在一个最优值。
在铁基合金中,Y 2O 3含量超过015%易导致其抗氧化能力的下降。
Ti 能够与Y 2O 3形成Y 2Ti 2O 复杂氧化物,成为新的弥散质点来钉扎位错[13],而且Ti 的加入能够起到细化弥散相质点的作用。
另外,Ti 的加入能够在一定程度上消除过量O 对蠕变性能的影响。
Oht suka.S 等人[7,8]研究了Ti 和过量的O 含量对9Cr ODS 铁素体钢高温力学性能的影响:Ti 含量为012%,O 含量为0108%时,蠕变性能最优;当Ti 含量为0146%时,即使O 含量高达0117%仍能保持较高的蠕变性能。
表1 商业化的ODS 铁素体钢成分T able 1 Compositions of some typical commercial ODS ferritic steels %Steels C Cr Al Mo Ti N Ti 2O 3Y 2O 3FeMA95701011410-01311001012-0127余MA95601012010415-01501045-0150余D T2203Y051310-115212-015余ODM3311310310115016-015余ODM7511615415115016-015余ODM0612010610115016-015余PM2000<01042010515015-015余PM2010<01042010515015-110余D T 1310-115219118-余D Y1310-115212019015余・6・ 钢 铁 研 究 学 报 第21卷2 ODS 铁素体钢的制备工艺 目前制备ODS 铁素体钢的通用工艺是:将纯金属的混合物或预合金粉与纳米Y 2O 3进行机械合金化,然后通过热等静压或热挤压进行致密化,如图1所示。
这种条件下得到的材料通常硬度很高,需要进行适当的热处理以得到所需要的组织和性能。
211 机械合金化工艺 机械合金化参数(包括球磨机类型、转速、球磨时间、球料比、球磨气氛等)的改变对合金的微观形貌和性能影响很大。
A.Ramar 等人[13]研究了MA 的工艺参数对ODS EU ROFER 97合金组织和性能的影响。
快堆先进包壳材料ODS合金发展研究
１ ２月
快 堆 先进 包 壳材 料 ＯＤ Ｓ合 金发 展 研 究
崔 黄 苏 宿彦京 超 ， 晨 ， 喜平 ，
（．中 国原 子 能科 学 研 究 院 ， 京 １ ２ １ ；．ｊ 京 科 技 大 学 ， 京 １０ ８ ） １ 北 ０ ４ ３２ Ｅ 北 ０ ０ ３
摘要 ： 堆先进包壳材料 Ｏ 快 ＤＳ合 金 （ ｉｅＤｓｅｓ ｎቤተ መጻሕፍቲ ባይዱｒｎ ｔｅｅ ｔ １具 有 优 异 的抗 辐 照 肿 胀 性 能 和 Ｏｘｄ ｉ ｒｉ ｔｅ ｇｈ ｎｄＳｅ ） ｐ ｏ ｅ
（ ． ｈ ｎ ｎ ｔ ｕ ｅｏ ｏ ｃ ｎ ｒ ｙ ｅ ｉｇ １ ２ １ ， ｈｎ １ Ｃ ｉ ａＩ ｓｉ ｔ ｆＡｔｍｉ Ｅ ｅｇ ，Ｂ ｉｎ ０ ４ ３ Ｃ ｉａ ｔ ｊ ２ Ｕｎｖ ｒ ｉ ｆ ｃｅ ｃ ｎ ｅ ｈ ｏｏ ｙ Ｂ ｉｎ ， ｅ ｉｇ １ ０ ８ ， ｈｎ ） ． ｉｅｓ ｙ ｏ ｉｎ ｅ ａ ｄ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｅ ｉ ｇ Ｂ ｉｎ ０ ０ ３ Ｃ ｉａ ｔ Ｓ ｊ ｊ
ｈｇ ｕ ｎ ｐ ｆ ｅ ｏ ａ ｔｒ ａ ｔ ｒ ｉ ｈ ｂ ｒ ｕ ｕ ｌ ｒｆｓ ｅ ｃｏ ．Ｔｈ ｓｐ ｐ ｒｇ ｎ ｒ ｌ ｎ ｒ ｄ ｃ ｓｔ ｅｐ ｏ ｒｓ ｆＲ＆ Ｄ ｆ ｉ ａ ｅ ｅ ｅ ａｌ ｉ ｔｏ ｕ ｅ ｈ ｒ ｇ ｅ ｓｏ ｙ
ｏ ＯＤＳ ｌ ｙ ， ｉ ｃ ｕ ｉ ｇ ｈ ｐ ｏ ｅ ｓｎ ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ｏ ＯＤＳ ｌ ｙ ， ｍｅ ｈ ｎ ｃ ｌ ｎ ａ ｌ ｓ ｏ ｎ ｌ ｄ ｎ ｔ ｅ ｒ ｃ ｓ ｉ ｇ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｆ ａ ｌ ｓ ｏ ｃ ａ ｉａ
第 ３ 卷 第 ４期 １
２ １矩 ０１
核 科 学 与 工 程
Ｃｈｎ ｓ ｏ ｒ ａ ｆＮｕ ｌａ ｃｅ ｃ ｎ ｎ ｉ ｅ ｒｎ ｉ ｅ ｅＪ ｕ ｎ ｌ ｃｅ ｒＳ ｉｎ ｅａ ｄ Ｅ ｇｎ ｅ ｉｇ ｏ
ODS钢研究进展及其在核电领域的应用现状
ODS钢研究进展及其在核电领域的应用现状陈禹希;陈东旭;张峻巍【摘要】氧化物弥散强化钢(Oxide Dispersion Strengthened Steel,ODS钢),具有优异的力学性能、高温稳定性及抗辐照性能.本文概要地综述了机械合金化、热等静压固化成形、等离子烧结及转角挤压等ODS钢的制备方法,总结了微观组织及结构对ODS钢性能的影响规律及影响机制,又综述了合金元素对ODS钢性能影响的相关研究进展;并对ODS钢在核电领域中的应用及相关研究进展进行了概括,介绍了激光技术在ODS钢制备及加工领域的应用,讨论了ODS钢在核电环境服役过程中存在的主要问题及进一步的研究方向,为核电站的安全运行提供有力的参考依据,对于核电材料的创新发展具有一定的参考作用.【期刊名称】《材料科学与工艺》【年(卷),期】2019(027)003【总页数】6页(P29-34)【关键词】氧化物弥散强化;核电材料;机械合金化;抗辐照损伤;激光【作者】陈禹希;陈东旭;张峻巍【作者单位】辽宁科技大学激光先进制造技术研发中心,辽宁鞍山114051;辽宁科技大学材料与冶金学院,辽宁鞍山114051;辽宁科技大学激光先进制造技术研发中心,辽宁鞍山114051;辽宁科技大学材料与冶金学院,辽宁鞍山114051;辽宁科技大学激光先进制造技术研发中心,辽宁鞍山114051;辽宁科技大学材料与冶金学院,辽宁鞍山114051【正文语种】中文【中图分类】TG406核能作为一种高效、清洁并且稳定的能源，对于解决能源危机和改善环境污染等问题意义重大，已成为当前主要的可靠能源之一.核电运行环境十分苛刻，其核心构件都是在高温及高压的环境下运行，如常见的压水堆(pressure water reactor，PWR)和超临界水堆(supercritical watercooled reactor，SCWR)等，其工作温度高达280～650℃，压力最高可约达25 MPa，同时还有强烈的中子辐照、氘氚聚变反应的离子辐照和H+/He+辐照等［1－3］，如此苛刻的环境会对核电材料的服役性能产生重大影响.而核电材料在服役过程中的失效损伤是影响核电站安全性、可靠性和经济性的关键问题之一.可以说，核电材料服役过程中的环境损伤问题严重影响着核电的发展，已经受到了学者们越来越多的关注.目前，关于核电关键部位材料的开发和选用是核电系统及相关研究人员主要关注的问题之一.氧化物弥散强化钢(oxide dispersion strengthened steel，ODS钢)，具有优异的力学性能，其原理是通过大量纳米尺寸的氧化物弥散强化相对基体中的位错和晶界进行钉扎来减少晶界的滑移，从而起到强化的作用.另一方面，ODS钢中存在大量弥散分布的氧化物强化相，这些强化相具有优异的高温稳定性，可以在大量的离子及中子辐照环境下长期保持较高的性能.鉴于其优异的力学性能、高温稳定性及抗辐照性能，ODS钢有望作为第四代核反应堆的第一壁包壳材料及高温结构件材料而被应用于核电站中［2－5］.1 ODS钢研究现状1.1 ODS 钢简介ODS钢是在合金基体中添加纳米尺寸的第二相(强化相)，使其固溶到合金基体中，在之后的热固化成型和热处理中与基体中的合金元素结合形成纳米尺度的弥散强化相，使合金的性能得以提高.目前，ODS钢主要使用氧化物作为强化相，其中最常见的氧化物弥散强化相为Y2 O3.由于Y2O3的高温稳定性及辐照下的稳定性十分优异，因此被广泛应用于ODS钢中.关于ODS钢的强化机制，目前认为其主要是通过固溶强化、弥散强化、晶界强化及位错强化等方式来提高自身的强度与硬度.由于ODS钢本身存在W、Ti等与基体原子半径相差较大的元素，从而引起较大程度的晶格畸变，最终导致强度与硬度的提高.此外，氧化物弥散强化相的加入可以起到阻碍位错运动的作用，如ODS钢制备过程中由于塑性变形产生的大量位错会在弥散相的作用下形成位错缠结，使位错的可动性降低，从而形成位错强化，使材料的强度与硬度得以提高.同时，这些弥散分布的氧化物颗粒在高温下能保持良好的稳定性，进而通过阻碍晶界的滑动达到提高材料高温强度的目的.1.2 ODS钢制备方法研究进展ODS钢的制备工艺直接决定其性能优劣，并且是其能否被广泛应用的前提.传统的ODS钢制备过程是通过机械合金化方法实现.首先，将纳米尺寸的强化相(一般为Y2 O3)粉末加入到合金粉末中，在球磨机中进行机械合金化球磨处理，使Y2 O3固溶到合金基体中.随着球磨的进行，合金粉末逐渐发生团聚，团聚的粉末颗粒随球磨时间的延长而逐渐细化并转变为尺寸约十几微米的等轴晶粒，此时认为合金粉末之间达到了冷焊－断裂的动态平衡［6］.然而，传统机械合金化的方法存在一些缺点，如球磨时间过长，效率较低，容易引入杂质，预合金粉末在较长时间的球磨下会发生一定程度的氧化，并且所添加的元素含量也存在一定的限制，因此，又发展出热挤压(HE)或热等静压(HIP)方法对球磨后的合金粉末进行热固化成型.利用HE成型的ODS钢致密度较高，但存在各向异性;而通过HIP成型的ODS钢避免了各向异性，但致密度相对较差.此外，有研究发现［7－8］，经 HE 成型的 ODS钢比 HIP 成型的 ODS钢抗拉强度和硬度更高，且氧化物强化相弥散分布均匀程度更高.如图1所示［7］，室温下HE成型ODS钢的极限抗拉强度(σb)为2 500 MPa，明显高于HIP成型的ODS的σb(900 MPa).图1 ODS铁素体钢经HE和HIP后极限抗拉强度Fig.1 UTStest for the ODSferritic steels after HE and HIP除了上述两种常用的成型方法，ODS钢的固化成型方法还包括放电等离子烧结(SPS烧结)、等通道转角挤压(ECAE)及微波烧结等.表1给出了几种ODS钢固化成型常用方法的特点，可以看出:SPS烧结法最主要的特点是加热时间较短，效率较高，并且制备出的烧结体致密度较高［9］;ECAE法的主要特点是富Cr颗粒会得到有效的细化，并且Y2O3纳米颗粒分布更均匀，由于晶粒细化作用，材料硬度得到了提高［10］;微波烧结能有效降低烧结温度，减少烧结时间，这不仅可以降低烧结成本，而且由于烧结时间短，晶界的流动性低，不容易诱发晶粒的大幅度长大，所以，获得的晶粒相对来说更为细小［11－12］.表1 几种ODS钢固化成型方法的特点Table 1 Characteristics of ODS steels after several kinds of solidification成型方法特点SPS烧结加热时间短、烧结体致密度高ECAE Y2 O3纳米颗粒分布均匀、材料的硬度较高微波烧结晶粒较细小随着ODS钢制备方法的不断改进，近年来已出现了很多新工艺来弥补和改善传统机械合金化方法的不足和局限性［13－16］.Gil等［13］利用气雾化(GA)法制备ODS－RAF钢，避免了球磨过程中杂质的引入.Sun等［14］将强化相用化学方法添加到基体金属中，再利用机械球磨将粉末混合均匀，随后进行SPS烧结压实最终制备出ODS合金.该方法制备的ODS合金中氧化物质点分布更均匀，杂质引入较少.Chen等［15］利用退火后的二次球磨处理使ODS合金晶粒得到进一步细化，获得更加细小且均匀的弥散相，从而提高了合金的硬度.Lin等［16］利用电子束物理气相沉积(EBPVD)的方法制造出Y质量分数高达8.5%的ODS钢，该ODS钢的纳米强化相主要是bcc结构的Y2 O3，不存在Y－Al－O纳米相，而且材料的硬度随Y2O3含量的增加而增大，这种方法对于铸造ODS钢薄板和管材有巨大的潜力.上述关于ODS合金加工制备方法的研究工作为更优质的ODS钢的制备提供了新的实践和理论基础.1.3 微观组织、结构对ODS钢性能的影响ODS钢主要依靠氧化物弥散相实现强化，因此，ODS钢中强化相的微观组织、结构及分布等均会对其自身性能有显著影响［17－19］.Sakasegawa等研究发现［17］，在ODS钢基体晶粒内部和晶界处，均匀分散着尺寸由几纳米到几百纳米不等的氧化物析出相.这些氧化物的析出相主要有两种形式:一种是非化学计量比的Y－Ti－O纳米团簇，尺寸一般为几纳米;另一种是化学计量比的Y2Ti2O7和Y2TiO5，尺寸一般为几十纳米，同时还存在着一些大尺寸(几百纳米)的团簇.这些析出相弥散而又均匀地分散在ODS钢基体中，能起到钉扎位错和晶界，并防止位错和晶界滑移的作用.此外，Hoffmann等［18］对 ODS钢的研究发现，在ODS 钢制备过程中，基体晶粒的长大和氧化物强化相颗粒的形成之间存在着竞争关系，氧化物颗粒的形成会阻碍晶粒的进一步长大.Zhang等［19］对不同温度下ODS 钢中的位错进行了研究，结果表明，位错的密度随温度的变化而改变.在室温和300℃时，ODS钢中以刃型位错为主，其密度远高于螺型位错，而刃型位错经螺型位错更容易绕过纳米颗粒，所以当温度升高为600℃时，刃型位错显著减少，螺型位错占主导地位，同时位错的密度有所降低.1.4 合金元素对ODS钢性能影响ODS钢中的主要合金元素包括Cr、W、Ti、Mo及Al等，不同的合金元素及合金元素的添加量对ODS钢组织与性能的影响也不尽相同.表2给出了ODS钢中的几种主要合金元素及其作用.其中，Cr的添加能使ODS钢表面在服役过程中生成尖晶石组成的保护性氧化膜，阻止腐蚀的进一步发展进而提高ODS钢的耐蚀性能.同时，添加一定量的Cr会使纳米析出相的尺寸进一步减小，缩小粒度分布［20］.但Cr的添加量并不是越多越好，一般Cr的质量分数为9% ～16%，含量太少达不到要求的耐蚀性，含量过多会造成材料的老化、脆化.Al的添加会使ODS钢在超临界水堆中的氧化膜厚度增加，从而提高ODS钢的耐超临界水腐蚀能力［21］;Ti 的添加可以促进ODS钢热固化成型和后续热处理中纳米氧化物的析出.表2 ODS钢主要合金元素作用Table 2 Effects of main alloying elements in ODSsteel添加元素作用Cr 增加ODS钢的耐蚀性能、减小纳米析出相的尺寸、缩小粒度分布Al 提高ODS钢耐超临界水腐蚀能力Ti 促进纳米氧化物的析出、细化纳米氧化物颗粒的尺寸W、Co 固溶强化、提高ODS钢的强度、硬度和蠕变断裂强度基体中的Y和O与Ti结合，生成Y－Ti－O纳米析出相，并且Ti的添加会起到细化纳米氧化物颗粒的作用［20］.另外，研究表明［22］，Ti的质量分数一般不能超过0.5%，否则多余的Ti会生成TiO2氧化物而导致材料的脆化;W、Co等元素的添加起到固溶强化的作用，提高合金的强度、硬度和蠕变断裂强度;Y2O3作为ODS钢的强化相，一般添加的质量分数为0.3%～0.35%.由于Y2O3有相对较高的高温稳定性，在较高的温度下不易发生溶解，经常作为ODS钢的主要弥散强化相.但近年来越来越多的研究［23－26］开始关注其他添加元素对ODS钢组织和性能的影响.研究表明:用Fe2Y代替Y2O3作为强化相会使ODS钢有更好的夏比冲击性能［23］;而以YTaO4作为纳米弥散相更能保持整个晶格的连续性［24］;在ODS钢中添加质量分数3.3%～3.8%的Al会提高材料在液态铅－铋中的耐蚀性［25］，添加质量分数1%～4%的Sc能明显稳定晶粒尺寸并提高ODS 钢的高温强度［26］.2 ODS钢耐蚀性的研究作为第四代核反应堆的第一壁包壳材料，ODS钢主要应用于超临界水堆中.由于ODS钢中添加了大量的Cr和一定量的Al，在工作过程中会产生阻止腐蚀进一步发展的氧化层.同时，晶粒尺寸细化和Y－Ti－O纳米弥散相有利于氧化膜的形成，这也决定了ODS钢较高的耐蚀性［27－28］.研究表明，在腐蚀过程中该氧化层主要由内层、外层和过渡层3部分组成，而ODS钢中Al元素的存在直接影响了氧化层成分.当ODS钢表面发生腐蚀时，首先形成的是Fe、Cr尖晶石状的保护性氧化层，随着时间的增加，Fe离子在尖晶石结构中的扩散速率较快，逐渐向外扩散到金属表面，与环境中的O结合，生成Fe3O4的外层氧化膜.而由于Cr离子在尖晶石结构中的扩散速度较慢，使Cr离子沉淀在氧化层内部，形成FeCr2O4的内层氧化膜.当ODS钢中含有Al元素时，腐蚀初期同样形成尖晶石结构的保护性氧化层，Fe 离子向外扩散与环境中的O结合形成Fe3O4的外层氧化层，而Al与O的亲和力比Fe、Cr都要强，所以，在氧化膜的内层形成了Al2 O3的保护性氧化层［21］.然而，Nagini等［29］和 Terada 等［30］认为，由于氧化物的弥散分布，纳米析出相容易产生点蚀，所以，ODS钢的耐蚀性要比铁素体AISI430和马氏体410不锈钢差.3 ODS钢在核电站中的应用在超临界水堆环境中，主要分为快中子区和热中子区，其最高温度可达750℃，尤其是堆芯内部构件如包壳等，都承受着200℃以上的温差和巨大载荷.在如此恶劣的工作环境下，决定材料使用寿命的主要性能有高温蠕变性和抗辐照性能.由于服役温度达到材料熔点的0.5～0.7倍时容易导致蠕变的发生，所以，超临界水堆条件下材料极易发生蠕变.ODS钢由于其存在大量的纳米尺度的弥散强化相，能在高温条件下长时间保持稳定性，阻止位错的运动，在很大程度上减小高温蠕变的发生;而长期的辐照环境会改变材料的微观结构，从而导致材料发生肿胀、脆化，降低材料的使用性能［31］.核电用钢在工作中承受大量的中子辐照，会产生许多空位等缺陷，He进入材料中的空位中形成He泡，引起材料的辐照肿胀，对材料的微观结构和性能造成不利的影响.李融武等［32］对聚变堆中子对第一壁316不锈钢材料辐照损伤进行了计算机模拟研究，结果表明，中子引起的辐照损伤基本上为均匀的体损伤.316不锈钢平均氦气产生率较高，引起材料的辐照损伤.为保障核电用钢使用的安全性及长久性，通常选用具有良好高温强度和抗辐照损伤性能的铁素体钢作为核电站的第一壁包壳管材料.而在铁素体钢中添加弥散相的ODS钢，由于大量的纳米氧化物和位错会持续吸收热空位和He原子捕捉He泡，所以，ODS钢对于H+/He+有很好的抗辐照性能［33］.此外，钢中大量弥散氧化物还会在高温下保持很好的稳定性，不发生溶解，这使ODS钢具有相对于普通核电用钢更好的高温性能［34］.但在Bi离子、Xe离子、Ar离子和Kr离子中会诱发Cr23 C6和Y－Ti－O非晶潜在轨道的形成，并与周围基质相互作用，可能导致合金中Y－Ti－O纳米粒子部分或完全溶解，所以，ODS 钢在其他离子中的辐照稳定性不是很好［35］.正因为上述的这些特点，ODS钢成为目前研究的热点之一，有望作为第四代核反应堆(主要是超临界水堆)的第一壁包壳材料.4 存在的问题及展望综上所述，ODS钢是第四代核电最热门的候选材料之一，但由于特殊的工作环境，对ODS钢的性能也提出了更为苛刻的要求.目前，关于ODS钢的开发及研究还存在一些问题.例如，ODS钢的制备工艺有待进一步完善，如何选择并控制纳米尺寸氧化物的形貌、结构及分布等是制备优质ODS钢的关键.纳米尺寸氧化物分布的均匀程度直接决定了ODS钢的各项性能，是目前ODS钢制备过程中研究的重点之一.ODS钢制备时，要保证纳米氧化物在溶入基体和析出的过程中尽可能地减少杂质的引入，避免较大范围的团聚，避免发生过度长大，并且使强化相主要分布于晶粒的内部.目前，由传统的加工工艺制造的ODS钢晶粒尺寸普遍偏大，这对材料的力学性能和耐蚀性能都有一定的影响.晶界是原子扩散的通道，只有细化晶粒才能使材料在发生腐蚀时，合金元素快速扩散到材料表面，形成保护性的氧化膜，阻止腐蚀的进一步发展.此外，更加细小的颗粒更能阻碍位错的运动，阻止裂纹的进一步扩展，提高材料的使用性能［36］.而激光快速凝固技术是提高材料性能的有效手段，当高能激光辐照在材料表面，会产生材料的超快速熔化与凝固(激光快速熔凝技术)，可在基材表面形成一层由细小晶粒组成的过饱和固溶体组织，使材料表面的组织得到细化，性能得以提高.另一方面，ODS钢在核电运行环境中的耐蚀性能相关研究较少，如在超临界水堆的高温高压水腐蚀条件下的耐蚀性研究、在冷却剂Na和Pb－Bi共晶合金体系中的耐蚀性研究、H+和He+辐照条件下的抗辐照性能研究以及经快中子辐照后ODS钢性能的研究等.因此，必须发展先进有效的加工手段来制备出性能优异的ODS钢.同时，还需对其在模拟核电运行环境下的性能尤其是耐腐蚀能力进行深入研究，获得ODS钢在核电运行环境下损伤实验数据，揭示相关的损伤机理并阐明其环境损伤的控制因素，为核电站的安全运行提供有力的保障.参考文献:【相关文献】［1］ HAN E H.Research trends on micro and nano-scale materials degradation in nuclear power plant［J］.Acta Metallurgica Sinica，2011，47(7):769－776.［2］朱发文.超临界水冷堆堆芯候选材料腐蚀性能研究［D］.上海:上海交通大学，2010:2－11.ZHU 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奥氏体ODS钢在超临界水中的腐蚀行为
奥氏体ODS钢在超临界水中的腐蚀行为沈朝;胡梦;张乐福;周张健【摘要】Corrosion behaviors of austenitic ODS steel (316‐ODS ) exposed to 600 ℃/25 MPa supercritical water (SCW) were investigated .The oxidation kinetics ,oxide morphology ,element distribution and structure of oxide scale were characterized by weight gain measurement ,SEM ,EDS and XRD .The results show that 316‐ODS steel exposed to SCW exhibits nodular corrosion , sensitization and exponential kinetics in weightgain .The oxide scale shows duplex structure .The inner oxide layer is Cr‐riched and Fe‐depleted ,w hich mainly consists of FeCr2 O4 ,w hile the outer oxide layer is Fe‐riched and Cr‐depleted ,w hich mainly consists of Fe3 O4 .%研究了奥氏体ODS钢（316‐ODS ）在600℃／25 M Pa超临界水（SCW ）中的腐蚀特性。
采用腐蚀增重法、SEM、EDS和XRD分析了材料的氧化动力学、氧化膜的形貌、合金元素分布和组织结构。
研究结果表明，316‐ODS 钢在SCW中出现了疖状腐蚀，同时还出现了敏化，其腐蚀增重服从幂指数生长规律。
ODS铁素体钢的研究进展_章林
第27卷 第4期Vo l 127 No 14材 料 科 学 与 工 程 学 报Jo urnal o f Mater ials Science &Eng ineer ing 总第120期Aug.2009文章编号:1673-2812(2009)04-0639-06ODS 铁素体钢的研究进展章 林,曲选辉,何新波,段柏华,秦明礼(北京科技大学材料科学与工程学院,北京 100083)=摘 要> ODS 铁素体钢具有优异的抗辐照肿胀性和高温蠕变性能,可用作快反应堆的第一壁和包层材料。
本文介绍了OD S 铁素体钢的制备工艺和存在的主要问题。
重点阐述了Y 2O 3颗粒的溶解/析出机制、影响残余A -Fe 形成的因素(EX .O 和T i 的含量)及残余A -F e 对高温蠕变性能的影响。
分析了在制备薄壁包层管时中间热处理的重要性,并讨论了再结晶热处理、马氏体相变和A y C 相变三种方法来消除OD S 铁素体钢的各向异性。
=关键词> 氧化物弥散强化;铁素体钢;蠕变性能;机械合金化中图分类号:T L61.3 文献标识码:AResearch Progress of ODS Ferrite SteelsZHANG Lin,QU Xuan -hui,HE Xin -bo,DUAN Ba-i hua,QIN Ming -li(School of Materials Science and Engineering,Beijing University of Science and Technology,Beijing 100083,C hina)=Abstract > Ox ide dispersion str eng thened (O DS)fer rit e steels ex hibit ex cellent radiatio n resistance and sig nificantimprov ement o f high temper atur e creep streng th.It is r egar ded as an att ractiv e candidate fo r advanced fast r eacto r fuel cladding and the first w all of t he fusio n reacto r.In this paper ,the fabricatio n pro cess and the main difficulties co nfr onted w ith ODS fer rite steels w ere intr oduced.T he main focus w as on the disso lution/pr ecipitatio n o f Y 2O 3,the facto rs influencing the format ion o f residual A -Fe and the creep resistance of ODS steels.A dditionally,the importance o f inter mediate heat treatment during cold rolling of thin w all cladding tubes was discussed.F inally,t hr ee kinds of methods including recr ystallizatio n,martensitic tr ansfo rmatio n and A y C transformat ion wer e applied to modify t he elongated gr ain mor pho log y.=Key words > ox ide disper sion st rengthen;fer rite steel;creep resistance;mechanical allo ying收稿日期:2008-08-27;修订日期:2008-12-16作者简介:章 林(1980-),男,博士研究生,研究方向:电子封装材料和ODS 合金。
ODS铁素体钢中弥散氧化物的研究进展_李明
ODS 铁素体钢中弥散氧化物的研究进展＊李 明,周张健,廖 璐,许迎利,葛昌纯(北京科技大学材料科学与工程学院,北京100083)摘要 ODS 铁素体钢具有优异的高温力学性能和抗辐照能力,有望成为新一代先进反应堆如超临界水堆包壳管的候选材料以及未来聚变堆的结构材料。
O DS 铁素体钢的这种优异性能主要源于其内部弥散分布的细小氧化物颗粒。
回顾了国内外所涉及的关于O DS 铁素体钢中氧化物弥散强化颗粒的研究进展,包括氧化物弥散粒子的选择、检测、分解和析出机理、存在形式等,展望了目前O DS 铁素体钢的应用前景并总结了存在的问题。
关键词 氧化物弥散强化 铁素体钢 弥散氧化物中图分类号:TL411.5 文献标识码:AResearch Progress of Dispersed Oxides in ODS Ferritic SteelsLI M ing ,ZHO U Zhangjian ,LIAO Lu ,XU Ying li ,GE Changchun(School of M a te rials Science and Eng ineering ,U nive rsity of Science and T echnology Beijing ,Beijing 100083)Abstract ODS fe rritic steels have been regar ded as an attr active ca ndidate fo r the first w all structur al materials of the fusion reacto r and cladding candidate materials fo r SCW R due to the excellent proper ties ,such a s superior high tempe rature stre ng th and o utstanding sw elling resistance .It 's well know n that the nano me te r o xide pa rticle s in ma trix play an impo rtant ro le in impro ving these pro pe rties .T he choice of ox ides specie s ,detection metho ds fo r the disper sed ox ides ,mechanism o f decompositio n -reprecipitation and species of reprecipita ted o xides are intro duced ,the a pplica tion and the problem s w ith ODS fe rritic steels are summarized .Key words o xide dispe rsion streng thening ,fer ritic steels ,disper sed ox ides ＊国家重点基础研究发展计划(2007CB209800;2008CB717802) 李明:男,1978年生,博士生,研究方向为铁基O DS 合金 E -mail :li ming @vip .sohu .com 周张健:通讯作者,男,博士,副教授,从事核能材料、功能梯度材料、表面工程等领域研究 E -mail :zhouzhj @ma te r .ustb .edu .cn0 引言与奥氏体耐热钢相比,铁素体钢具有熔点高、传热性好、热膨胀系数低以及耐高温腐蚀、耐热疲劳和耐辐照肿胀等优点。
氧化物弥散强化型(ODS)钢包壳管的高温氧化试验
表 ２ 各种试验片的化学成分（ａｓ ） ｍ ｓ％
Ｃ
Ｍ ｌ １
Ｓ ｉ
Ｍ
ｎ
Ｐ
Ｓ
Ｎ ｉ
Ｃ ｒ
Ｍｏ Ｗ
Ｔ ｊ
Ｎ ｂ
Ｖ
Ｂ
Ｙ Ｏ 注 ２３
Ｏ３ ．６
备
Ｏ．３ Ｏ．５ ００ ４ １ Ｏ ．４ Ｏ０ ２ ．ｏ
００ ２ Ｏｏ ２ ．ｏ ．２ ０Ｏ ．ｌ
③
④
ＯＳ Ｄ 钢包壳管（ Ｓ １ ） Ｄ
Ｐ ３６钢包壳管（０ ） ＮＣ １ ６ ＭＫ
ｆ． ０ ５ ５ ． ｔ ７ｘ ５
ｆ ． ４ｔ ５ ７ ６ｘ
１Ｃ－ ０ ＂－２Ｙ ０ ２ｒ Ｗ－５１ ． ２ ３ ３ ． ０５ １
１Ｃ＿３ Ｍｏ －ｂＢ－ ７ ｒ Ｎ． Ｉ Ｎ － Ｐ ｌ ２
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２０ ０６丘
国
外
核
动
力
第 ５期
氧化物弥散强化型（ Ｓ钢包壳管 ＯＤ ） 的高温氧化试验
成田健 ，鹈饲重治 ，皆藤威二 ，大冢智史 ，松田恭司
１ 前 言 在快堆燃料实用化阶段的 目 标燃耗深度方面，卸出燃料的平均燃耗深度将达到 １０ ５ Ｇ ／ Ｗｄ ，相 当予这一燃耗深度的快 中子照射量将达到约 ２０ｄａ ｔ ５ ｐ 。在这么高的照射量下 ， 为了改善材料的高温蠕变强度 ，Ｆ ｔ 本原子能研究开发机构（ Ｅ ） Ｊ Ａ 在耐辐照变形的 良好的 Ａ 铁素体钢基础上 ，正在开展氧化钇微细化弥散 的氧化物弥散强化型（Ｄ ） Ｏ Ｓ铁素体钢 的研 制。 在快堆的运行 中， 除了耐中子照射 性能之外， 重要的是需要包壳管在高温条件下具有 耐包 壳 管与氧 化燃 料 间的高 温氧化 腐蚀 反应 ［Ｃ Ｉ Ｆ Ｃ（ 燃料包 壳化 学作 用 ） ｕｌＣａ ：Ｆ ｅ ｌ ｄ Ｃ ｅｆａ Ｉｔ ａｔ ｎ的性能。为了提高燃料包壳材料的耐 Ｆ Ｃ 性能 ， ｈｒ ｃｌｎ ｒ ｉ ］ ｒ ｅ ｃｏ ｉ ＣＩ 通过高温氧化试验 对材料进行了评价分析。在微量锕系元素（ ：ｍｌ ｌａｔ ｉ ｙ． ＭＡ ｉ ｃｎ ｅ 料的燃料棒 中，由于包 ｌ ｏ ｉｄ ￣ 壳管温度增高 ， 在制造阶段对包壳管提出了耐高温氧化性能的要求 。 一般而言 ， 要改善耐 高温氧化 ，添加 Ｃ 是有效的 ， ｒ 但如果 Ｃ 的添加量过大 ，ａ ｒ 相析出会促进脆化。根据这 观 电， 对确定 了 ｃ 添加量的 ９ ｒ Ｄ 钢 、１Ｃ － Ｄ 钢包壳管的高温氧化行为进行 了 ｒ Ｃ－ Ｓ Ｏ ２ｒ Ｓ Ｏ 分析评价 ，并与一般 的奥 氏体及铁素体 、马氏体钢进行了比较。
超临界流体的应用与研究进展
超临界流体的应用与研究进展超临界流体是指处于超临界状态（介于液体和气体之间）下的物质。
这种物质相比于液体和气体，具有更高的渗透性和扩散速率，更强的溶解能力，并且在化学反应中的催化效果也更明显。
因此，超临界流体已经成为了化工、能源、环保、食品等领域中重要的研究热点，发挥着重要的应用价值。
超临界流体在化工领域的应用在工业领域中，超临界流体在化学反应、分离和提纯等方面有广泛的应用。
例如，将二氧化碳作为超临界溶剂，可以在反应中替代有毒的有机溶剂，实现无毒无害的化学反应；同时，由于超临界流体具有高渗透效果，可以使得化学反应具有更快的速率和更高的效率。
此外，超临界流体在碳排放领域也有重要的应用。
通过超临界二氧化碳技术，可以有效的去除燃煤电厂的CO2排放，成为了碳捕捉与储存的重要手段之一。
超临界流体在能源领域的应用超临界流体在能源领域也有着广泛的应用。
近年来，太阳能电池的效率越来越高，已经引起了人们的广泛关注。
然而，太阳能电池的制造成本和稳定性仍然是制约其普及的因素之一。
在这种情况下，超临界流体作为提纯和制备太阳能电池材料的新工艺，得到了越来越广泛的运用。
此外，超临界流体还可以在石油和天然气产业中进行应用，比如可以利用超临界水来促进石油的采收。
超临界流体除了在能源领域以外，还有许多应用于水泥、玻璃、金属的处理等方面，具有巨大的潜力。
超临界流体的研究进展超临界流体的研究也在不断地发展和深入。
科学家们正大力推动超临界流体的研究，以研发更加高效和环保的技术。
在其中，重点研究的领域包括超临界流体的物理化学特性、反应机制和工艺优化等方面。
当前，针对超临界流体物理化学特性的研究多集中于其解析性质、压力下的流动性质和热学性质等方面。
在反应机制中，科学家们也在研究超临界流体对于化学反应的催化效果、对于化学反应速率的影响等等，以更好地利用超临界流体来促进化学反应的效率。
在工艺优化方面，流体力学和束缚能学的研究也是目前的热点。
研究发现，超临界流体在强束缚能场之下会形成更小的气泡和更细小的气泡气道结构，这种结构可以有效提高反应速率和催化效率。
Zr、Ti添加对第四代核反应堆燃料包壳用ODS钢纳米氧化物的影响
Zr、Ti添加对第四代核反应堆燃料包壳用ODS钢纳米氧化物的影响相对轻水堆来说,第四代核反应堆具有更高的运行温度,堆内运行工况变得更为复杂,使得对其核心结构材料的性能要求也更加苛刻。
氧化物弥散强化（ODS,oxide dispersion strengthened）钢特征性的微观结构一超高密度弥散分布的纳米氧化物,使其在各种物理化学条件下具有优异的抗辐照性能、抗蠕变性能,以及良好的高温稳定性能,成为第四代核反应堆包壳中非常有前途的候选结构材料。
因为高Cr的铁素体ODS钢在高温下具有更高的强度,且在超临界水冷堆及铅冷快堆中展示出优异的抗腐蚀性能,因此,高Cr的铁素体ODS钢能够满足作为下一代核能系统包壳结构材料的要求。
通过添加氧化物形成元素Ti,Zr等来改善高Cr-ODS钢的性能是一种很重要的技术路线。
由于高Cr-ODS钢性能的改善往往依赖于氧化物形成元素的添加对合金微观结构的影响,因此,本课题研究了Ti/Zr和Ti元素添加对高Cr的ODS钢中纳米氧化物的影响。
本研究分以下两个部分进行展开:第一部分:利用高分辨技术（HRTEM,high resolution transmission electron microscopy）等先进表征分析手段,以超临界水冷堆包壳用的FeCrAl-ODS钢ODS-Zr3（Fe-15Cr-4Al-2W-0.15Ti-0.5Zr-0.35Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub>）为研究对象,将表征结果分别与SOC-9（Fe-15Cr-4Al-2W-0.1Ti-0.35Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub>）和SOC-14（Fe-15Cr-4Al-2W-0.1Ti-0.63Zr-0.35Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub>）进行对比,研究了Zr和Ti元素添加对高Cr的ODS钢中纳米氧化物的影响机制;ODS-Zr3在超临界水冷堆及铅冷快堆高温服役条件下具有优异的热稳定性能、抗辐照性能的原因也简单进行了讨论,并分析和讨论了Zr和Ti元素添加对纳米氧化物在抗辐照性能、热稳定性方面的影响机制。
先进反应堆用ODS FM钢的强韧性匹配研究进展
!第/-卷第,'期原子能科学技术H<=4/-$U<4,' !&',!年,'月N><1);56$738P;)$6;$*69V$;X6<=<38O;>4&',!先进反应堆用9T AV J钢的强韧性匹配研究进展徐!帅 周张健" 贾皓东"北京科技大学材料科学与工程学院$北京!,'''B-#摘要 氧化物弥散强化"O L P#铁素体*马氏体"2*G#钢具有极高的缺陷阱密度$加之体心立方结构基体$使其具有优异的抗辐照性能$被确定为包括聚变堆和第F代裂变堆在内的先进核能系统关键部件候选材料$成为核材料领域的研究热点!有利于O L P钢抗辐照性能的显微组织特点同时也赋予了O L P钢优异的室温和高温强度!但和其他高强度材料类似$O L P钢也存在强度高$而塑韧性不足的矛盾$不利于复杂部件的加工$因此$实现O L P2*G钢的高强高韧成为面向工程应用的O L P2*G钢研究的一大热点和难点!目前$针对O L P2*G钢强韧化的研究还较少$已有的相关研究也不够系统和深入$本文主要对抗辐照O L P2*G钢的显微组织结构要求及其强韧化研究现状进行总结和分析$为先进反应堆用抗辐照O L P2*G钢的强韧化设计提供思路和参考!关键词 O L P钢)抗辐照)强韧化)铁素体*马氏体钢中图分类号 V(---)V T,F&!!!文献标志码 N!!!文章编号 ,'''I"!-,"&',!#,'I,B B/I'!./, ,'4D/-B*8d[4&',!48<A^)*64'-!B>&8&264I56/:6&8823.56/8@&4</=A<6&3:<I Q.74<,?,<C F62.&Q/==2;/7<N662.,2<,/3>&8,8<23<9T AV*JA<&&?a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收稿日期 &',!I'/I&D)修回日期 &',!I'B I'/基金项目 科技部国际热核聚变实验堆计划专项资助"&',/T(,&,''"#作者简介 徐!帅",!!,-#$女$重庆人$博士研究生$材料科学与工程专业"通信作者 周张健$5I1*)=(d X<A d X Z!1*>$74A?>+4$9A4;6网络出版时间 &',!I,'I,")网络出版地址 X>>:(#[6?4;6[)46$>*[;1?*9$>*)=*,,4&'F F4V E4&',!,',"4,F,/4''F4X>1= Copyright©博看网 . All Rights Reserved.)??A$)??>)==6<>?8?>$1*>);*69)6I9$:>X4#$6;$$>X$7$?$*7;X?>*>A?<0>X$?>7$63>X I 9A;>)=)>8>7*9$I<00<0O L P?>$$=)??A11*7)d$9*69*6*=8d$9)6>X)?:*:$7$\X);X:7<@)9$? 7$?$*7;X)9$*?0<7>X$?>7$63>X I9A;>)=)>8>7*9$I<00<0O L P2*G?>$$=4B&C D/6.8(O L P?>$$=))77*9)*>)<6?>*+)=)>8)?>7$63>X I9A;>)=)>8>7*9$I<00)0$77)>);*1*7I >$6?)>);?>$$=!!核能是重要的清洁能源$在我国能源结构中占有重要地位!与现有商用堆相比$包括第F代核能系统和聚变堆在内的先进核能系统具有更高的服役温度和强辐照等更苛刻的服役环境$对堆内构件材料的服役性能提出了很高的要求$关键部件候选材料的研发成为制约其工程应用的重要瓶颈!如当温度超过"''n时$传统钢铁材料的强度将无法满足应用要求&,I&')而大多数材料在强中子辐照条件下$内部产生高密度的纳米缺陷团簇"空位%位错环和氦泡等#$阻碍位错运动$使材料发生明显的硬化%脆化和肿胀而失去服役能力!为满足先进核能系统工程化应用的时间进度要求和保障反应堆安全有效运行$急需研发抗辐照高性能先进核能系统用结构材料!采用先进粉末冶金技术$在铁素体*马氏体"2*G#熔炼钢基础上发展起来的氧化物弥散强化"O L P#钢由于具有独特的微观结构$而表现出优异的抗辐照能力和高温强度$成为最有希望得到应用的第F代核反应堆包壳以及聚变堆包层结构材料的候选材料&-I"'!但与其他高强度材料在强度得到提高的同时$塑韧性通常会有所降低的矛盾类似$抗辐照高强度O L P钢的塑韧性还需进一步改进和提高$以满足工程应用的要求!本文主要针对抗辐照O L P 钢的显微结构要求及其强韧化研究现状进行总结和分析$进而提出其强韧化设计发展方向!E!抗辐照9T A钢的显微组织要求自&'世纪!'年代以来$美国%日本和欧盟广泛开展了针对先进核能系统的抗辐照O L P 钢的研究&D'!图,为合金基体内初始缺陷阱密度对几种2*G钢"包括O L P钢#在接近-''n 时裂变中子辐照的影响&B'!可看出$当钢中初始缺陷阱密度达到约,',"1h&以上时$辐照硬化趋势降低明显!表明通过在材料中引入高密度的缺陷阱可起到抑制辐照硬化的作用!与传统熔炼钢相比$几种O L P钢的缺陷阱密度高出几个数量级$接近或高于,',"1h&$因而具有非常优异的抗辐照能力!研究表明$要使得材料在辐照时体积肿胀率小于/e$需极高数密度"$/i,'&-1h-#的非常细小的缺陷捕获界面!由此$Q)6[=$等&B'提出通过高缺陷阱密度机制结合抗辐照基体机制可研发设计超强的抗辐照材料$而粉末冶金O L P2*G钢的显微组织正好满足了这种设计要求!通过机械合金化使得所添加的氧化物颗粒强制固溶$并在后续热致密化过程中控制复杂氧化物粒子形核析出的机制可使O L P钢在制备过程中形成具有极高数图,!不同2*G钢"包含O L P钢#的初始缺陷阱密度及在中子辐照时的屈服强度变化&B'2)34,!J X*63$)68)$=9?>7$63>X<02*G?>$$=")6;=A9)63O L P?>$$=#\)>X9)00$7$6>?)6[?>7$63>XA69$76$A>7<6)77*9)*>)<6&B'密度的超细纳米氧化物弥散粒子!这些弥散粒子与基体之间形成的界面可提供高缺陷阱密度$从而满足抗辐照合金的机制要求!图&为实验室制备的!J7O L P钢的显微组织!其典型特征是(晶粒尺寸可达亚微米级"图&*#$氧化物弥散粒子以W I V)I O复杂氧化物为主$粒子平均尺寸仅为几61$数密度高达,'&-" ,'&F1h-"图&+%;#$纳米弥散粒子与基体之间形成的大量界面及超细晶粒形成的大量晶界可"BB,原子能科学技术!!第/-卷Copyright©博看网 . All Rights Reserved.有效俘获辐照时产生的各类缺陷"图&9#$提高抗辐照能力&!'!所以$O L P钢的抗辐照能力主要源于其独特的显微组织结构$而这种显微组织结构同时使得O L P钢具有较为优异的室温和高温强度$如图&;显示了纳米氧化物弥散粒子与位错之间的相互作用!*---晶粒组织结构)+$;---纳米粒子分布)9---界面俘获辐照缺陷图&!O L P钢微观形貌2)34&!G);7<?>7A;>A7$<0O L P?>$$=(!目前典型9T AV J钢的力学性能作为用于未来先进核能系统包壳材料和聚变堆包层结构材料的O L P2*G钢$其典型工作温度在"''n以上$必须要有足够的高温强度和蠕变强度%较低的韧脆转变温度"L(V V#以及良好的可加工性能&,''!O L P钢的强化主要依靠F种强化机制$即位错塞积强化%固溶强化%细晶强化和弥散强化!其中最为重要的是弥散强化$即将超细微粒添加到金属材料中$利用第二相弥散粒子对位错产生钉扎作用阻碍位错迁移$从而提高材料的高温强度&,,'!与碳化物等传统熔炼钢中的强化相相比$O L P钢中的弥散粒子尺寸更细%颗粒密度更高!尤其是氧化物具有非常优异的高温稳定性$其粒子尺寸%分布%成分以及晶粒尺寸在D''n%上万小时和,'''n以上高温%上千小时的时效条件下均表现出突出的稳定性&,&I,F'$因而能通过奥罗万"O7<\*6#强化机制明显增强合金的室温强度$尤其是高温强度$使得O L P钢的高温服役温度窗口较类似的熔炼钢显著提高!从已发表的文献来看$所报道的O L P钢的力学性能以拉伸性能为主$而夏比冲击性能%高温蠕变性能等其他更重要的工程服役性能则报道相对较少!前文指出O L P2*G钢独特的显微组织结构保证了其较高的缺陷阱密度$赋予优异的抗辐照性能$同时也保证了高温强度和蠕变性能!然而$O L P2*G钢中弥散粒子种类较多$弥散粒子与基体的界面存在共格%半共格和非共格等复杂关系&,/'!当界面为半共格或非共格时$材料强化机制主要依靠大的共格应变$但同时会导致材料韧性降低&,"I,D'$对部件的安全服役带来隐患!良好的塑韧性也是保障复杂部件能加工制备的重要基础!图-为美国橡树岭国家实验室制备的O L P钢包壳管&,B'$其外径约,'11%壁厚仅'./11&,B I&''$对材料的塑韧性和加工性能提出了很高要求!延伸率$尤其是均匀延伸率能在一定程度上反映材料的加工性能$提高O L P2*G钢的延伸率是保障O L P 2*G钢包壳管成功制备的关键!因此$从安全和工程应用的角度都说明实现O L P2*G钢强韧性匹配是一个有待解决的关键问题!图-!O L P钢包壳管&,B'2)34-!V A+$<0O L P?>$$=&,B'("E!*G69T A钢的拉伸性能针对!J7O L P钢的拉伸性能$不同研究文献给出的结果有一定差异$这主要源于O L P钢的微合金成分设计和较复杂的制备工艺参数!表,为相关文献中典型!J7O L P钢的室温拉伸性能研究结果!总体而言$虽然拉伸强度存在离散性$但当材料强度表现出明显增加时$延伸率通常明显降低)且O L P钢的总延伸率$尤其是均匀延伸率总体偏低$特别是当其抗拉强度很高时$其均匀延伸率通常在/e以下!而均匀延伸率反映材料的可加工性能$也一定程度上反映其塑韧性$是工程应用时特别需要关注的一个性能指标$但目前已有的报道均侧重于总延伸率的数据$而均匀延伸率的相关研究较少!DBB,第,'期!!徐!帅等(先进反应堆用O L P2*G钢的强韧性匹配研究进展Copyright©博看网 . All Rights Reserved.表E!典型*G69T A钢的室温拉伸性能F2;?&E!>//H<&H@&62<76&<&38,?&@6/@&6<C/=*G69T A8<&&?热处理状态抗拉强度*G C*屈服强度*G C*总延伸率*e均匀延伸率*e文献来源热等静压,F!!,F'/,.,,.,&&,'热等静压*回火,-&','F'-.B-.&&&,'热等静压*回火*正火,,F B!!F&.-&.-&&,'热挤压*淬火,'/'!&!D."&.D&&&'热挤压*淬火*回火!'-D F'&'.!,'.-&&&'真空熔炼*淬火*回火B&/D-',,.-&&-'热等静压*退火,'/'!''"./&&F'热等静压*锻造*退火!!'B&/,F&&F'热等静压*锻造*淬火*回火!!/B-/,"&&F'热等静压*锻造*轧制*淬火*回火!"/B,/,"./&&F'("(!*G69T A钢的冲击性能金属材料的韧性及其与温度的关系主要通过夏比冲击测试进行评价!针对!J7O L P钢的冲击性能的研究相对较少!表&为部分文献中典型!J7O L P钢的冲击性能研究结果$表中冲击测试所采用的试样均为非标小样品$即-11i F11i&D11尺寸%,11H型缺口试样!可看出$微合金成分%氧化物含量和O L P 钢烧结方式等对材料的L(V V和冲击功有明显的影响!总体而言$O L P化的2*G钢较相近成分的普通熔炼2*G钢的冲击功小$且L(V V高!图F为O L P I5A7<0$7与5A7<0$7!D 的冲击吸收功随温度变化的对比$可看出$不同热机械处理状态的O L P I5A7<0$7的冲击吸收功明显低于5A7<0$7!D!这说明O L P2*G钢的抗冲击性能有待提高&&/'$O L P钢的强韧化研究是一个任重道远的重要任务!表(!典型*G69T A钢的冲击性能F2;?&(!N H@24<@6/@&6<C/=*G69T A8<&&?主要成分烧结方式微观组织上平台冲击功*Y下平台冲击功*Y L(V V*n文献来源!J7,M'.,!V)'.-W&O-热挤压铁素体/'./h D'&&"' !J7&M'./,V)'.-W&O-热挤压回火2*G D./'./h F&&&"' O L P I5A7<0$7"'.-eW&O-#热等静压"D'&&D' O L P I5A7<0$7"'.-eW&O-#热挤压!h F'&&D' O L P I5A7<0$7"'./eW&O-#热挤压"./h F'&&D'B.F/J7,.,M'.&&V)热挤压准各向同性h F/&&B' '.,D P)'.-/U)'.&D G6热挤压准各向同性h F/&&B' '.'F,J'.&B W'.'"F O热挤压准各向同性h F/&&B'#!9T A钢的强韧化研究现状同时提高材料的韧性和强度是高强度材料研究的一大难点$O L P钢的相关研究还较少$其强韧化主要从成分设计%制备工艺和热机械处理-方面开展!#"E!基于成分设计的强韧化如果O L P钢中只形成氧化钇等简单二元氧化物弥散颗粒$其尺寸通常较大$强化效果有限!研究表明$多种微合金元素"包括V)%#0% P)%N=%Q7#的添加都对弥散颗粒的尺寸及分布BBB,原子能科学技术!!第/-卷Copyright©博看网 . All Rights Reserved.有重要影响$进而影响材料的力学性能%辐照性能等!目前最常用的用于细化氧化物粒子尺寸的元素是V)$其添加量通常小于'./e!图F!O L P I5A7<0$7与5A7<0$7!D的冲击吸收功随温度的变化&&/'2)34F!V$?>>$1:$7*>A7$9$:$69$6;$<0><>*=*+?<7+$9$6$738<09)00$7$6>O L P I5A7<0$7?>$$=?)6;<1:*7)?<6\)>X5A7<0$7!D&&/'!!基于第三元素效应&&!'$O L P钢中添加适量N=提高材料的耐腐蚀性成为目前的研究趋势&-'I-,'$但N=的添加也会通过改变O L P钢的微观结构$尤其是弥散颗粒的组成和尺寸来影响其他性能$如力学性能和抗辐照性能!添加N=会使材料形成不同化学成分和结构的W I N=I O颗粒$许多研究表明添加N=后O L P 钢中的氧化物颗粒结构变得更为复杂$且弥散粒子平均尺寸明显增大&-&I--'!为解决这一问题$可通过同时添加Q7等元素$优先形成尺寸较小的W&Q7&O D等弥散粒子来细化弥散粒子$提高弥散粒子的数密度$进而改善材料的强度和韧性&-F I-/'!表-为文献对含N=O L P 钢室温力学性能的研究结果!虽然报道的力学性能结果差异较大$但可看出$加入Q7不仅能提高其强度$材料总延伸率也有所改善!说明微合金成分的协同调控可有效改善O L P 钢的强韧性!表#!含0?9T A钢室温拉伸力学性能F2;?&#!>//H<&H@&62<76&<&38,?&@6/@&6<,&8/=0?Q2..&.9T A8<&&?8O L P钢烧结方式屈服强度*G C*抗拉强度*G C*均匀延伸率*e总延伸率*e文献来源!J7'.F N='.-/W&O-热等静压,''&,&B/F,'&-"' !J7&./N='.-/W&O-热等静压F&"",B,&&&&-"' !J7F./N='.-/W&O-热等静压/&'"!B,/&F&-"' !J7B.'N='.-/W&O-热等静压"/,B F&,',B&-"' ,&/W V"F.!'N='.&V)#热挤压,/'',/''&&-,' ,&/W Q"F.B"N='.-Q7#热挤压,&-',-,'B./&-,' ,&/W2"F.D-N=#热挤压,,B',&/'B&-,' ,"J7F N='.F W&O-P C P"/"!D F,B./&-D' ,"J7F N=,Q7'.F W&O-P C P B--,,B'&-.'&-D'#"(!基于制备工艺优化和创新的强韧化O L P钢的制备工艺十分复杂$不同工艺环节对O L P钢的性能都有明显影响!崔超等&-B'总结了球磨工艺和热等静压参数等对O L P钢强韧化的影响!Q X*63等&-!I F''利用层状增韧原理$采用V*片%V)片对O L P钢进行了层状增韧研究$其强度和塑性分别可达,-!'G C*% ,-."e及&-''G C*%,-./e!图/为利用V)片增韧O L P钢的断口形貌$从中能明显看到材料的层状结构!但目前这种增韧方式主要采用电火花等离子体烧结"P C P#$所制备样品尺寸较小!#"#!基于热机械处理优化的强韧化热机械加工"VGV?#主要利用锻造及轧制等热变形加工配合热处理对钢的基体相和析出相进行调控$进而有效调控合金的显微组织和性能$在传统熔炼钢中已取得较大进展&F,I F&'! VGV?能有效提高材料的位错密度$位错作为固溶原子的扩散通道$是析出相的形核点$因此$VGV?可有效提高相变的转变速率$改善析出相的尺寸和分布$进而改善力学性能&F-'! VGV?也被认为是除成分和烧结温度之外影!BB,第,'期!!徐!帅等(先进反应堆用O L P2*G钢的强韧性匹配研究进展Copyright©博看网 . All Rights Reserved.响O L P2*G钢微观组织的第-个重要影响因素&F F'$但相关研究刚开展$报道数据相对较少! (8A6等&F/'研究了不同VGV?"热退火和轧制结合#条件下!J7O L P钢的室温和/''n的断裂韧性$结果表明VGV?的确能改善材料的高温断裂韧性$其数值提高了,倍多$但其中的微观机制尚不清楚!需指出的是$VGV?应在不导致晶粒长大和弥散粒子粗化的温度下进行$其关键是需精确控制每一步处理过程的温度$避免温度在大范围内波动$温度的确定和精确控制需借助材料的热力学计算等确定$这方面研究还有待进一步加强!*---拉伸断口宏观形貌)+$;$9---V)层与O L P钢基体断口形貌)$$0---O L P钢基体断口形貌图/!V)片增韧!J7O L P钢的断口形貌&F''2)34/!27*;>A7$1<7:X<=<38<0!J7O L P?>$$=7$)60<7;$9+8V)=*8$7&F''!!9T A钢的强韧化研究展望基于O L P钢的强韧化研究现状可看出$目前相关研究还较少$O L P钢强韧化手段对于实现其理想的强韧化效果还十分有限!近几年来$3U*>A7$4和3P;)$6;$4等高水平期刊陆续报道了针对不同金属材料强韧化的研究$且强韧化效果十分明显$或许可从其他材料的强韧化原理中找到可应用于O L P钢的强韧化手段!北京科技大学&F"'采用真空冶炼的方法$制备出了一种高强高韧钢$材料中弥散粒子数密度大于,'&F1h-$弥散粒子尺寸为&.D61$弥散粒子与基体晶格错配度为"'.'-o'.'F#e$在拉伸应变速率为/i,'h-?h,的条件下$其抗拉强度为&.&T C*%延伸率为B.&e!普通高强度钢的强化机制依靠大的共格应变$但大的共格应变会导致材料韧性降低!与其他高强度钢的强化机制不同$这种高强度钢的强化机制来源于低的晶格错配度%高的反相界面能$当粒子被位错剪切时$化学有序效应产生了背应力$背应力可抵抗变形$因此$材料虽然不存在大的共格应变$但强度依然很高!此项研究所发展的钢的强化粒子特征与O L P钢的非常相似$说明通过调控O L P钢中弥散粒子与基体的界面关系$使O L P钢在受力过程中产生化学有序效应$或许可进一步提高O L P钢的强韧性!此外$通过在2J J结构的高熵合金系统中可控地引入高密度延性多组分金属间纳米颗粒"G J R U C#$可使这种G J R U C强化合金在室温下具有,./T C*的超高强度和高达/'e的延展性&F D'!塑性不稳定性是高强度材料的一个主要问题$G J R U C强化合金中显著的位错活动和形变诱发的微带可形成独特的多阶段加工硬化行为$从而消除塑性不稳定性$为开发下一代材料提供了范例!G J R U C强化合金的加工硬化率分析和不同应变条件下的V5G位错形貌观察如图"所示$曲线上N%(和J阶段存在着不同主要变形机制$分别是2J J结构合金的变形机制%背应力强化和位错林强化以及微带诱发塑性"G(R C#效应!因此$实现O L P钢不同变形阶段不同强化机制的配合或许可为O L P钢的强韧化提供思路!-!总结具有优异抗辐照性能的O L P2*G钢是先进核能系统的重要候选结构材料$O L P钢的抗辐照特性源于其独特的显微组织结构!这种结构特点同时赋予O L P钢优秀的室温和高温强度$但也导致O L P钢的塑韧性还不够高!O L P 2*G钢强塑性的调控对于其未来的工程应用和发展十分重要!目前$针对O L P2*G钢的强塑性研究主要从其成分设计%制备工艺和热机械处理-个方面展开$相关研究和实验数据的积累还较为有限$需要系统深入的工作!本'!B,原子能科学技术!!第/-卷Copyright©博看网 . All Rights Reserved.图"!G J R U C强化合金的加工硬化率分析和不同应变条件下的V5G位错形貌观察&F D' 2)34"!M<7[I X*79$6)637*>$*699)?=<;*>)<61);7<?>7A;>A7$<0G J R U C?>7$63>X$6$9*==<8&F D'文同时总结了近年来发展的与O L P钢显微组织相似的其他高强高韧合金的研究进展和强韧化机理$指出通过改善弥散粒子与基体界面关系$以及实现不同变形阶段不同强化机制的配合$或可实现O L P2*G钢较为明显的强韧化效果!参考文献&,'!S R G]K N N4J A77$6>?>*>A?<07$9A;$9I*;>)@*I >)<60$77)>);*1*7>$6?)>);?>$$=?KlL0<70A?)<6$6$738&Y'4G*>$7)*=?V7*6?*;>)<6?$&''/$F""-#(-!F I F'F4&&'!S R G]K N N$S N P N L N K$S O#W NGN N$$> *=4K$;$6>:7<37$??)6]P I Y*:*6;<==*+<7*>)@$7$?$*7;X<60$77)>);?>$$=?Kl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徐帅$陈灵芝$曹书光$等4先进核能系统用O L P 钢的显微组织设计与调控研究进展&Y'4材料导报$&',!$--",#(D B I B!4a]P X A*)$J#5U E)63d X)$J N O P X A3A*63$$>*=4K$?$*7;X:7<37$??<61);7<?>7A;>A7$9$?)36*69;<6>7<=<0O L P?>$$=?*::=)$9><*9@*6;$96A I;=$*7$6$738?8?>$1?&Y'4G*>$7)*=?K$@)$\$ &',!$--",#(D B I B!")6J X)6$?$#4&D'!何培$姚伟志$吕建明$等4O L P钢的抗辐照设计及纳米第二相粒子表征的研究进展&Y'4材料导报$&',B$-&",#(-F I F'4#5C$)$W N O M$)d X)$E HY)*61)63$$>*=4K*I9)*>)<67$?)?>*6;$9$?)36*696*6<?;*=$?$;<69I:X*?$:*7>);=$?;X*7*;>$7)d*>)<60<7O L P?>$$=?(N7$@)$\&Y'4G*>$7)*=?K$@)$\$&',B$-&",#(-F IF'")6J X)6$?$#4&B'!Q R U S E5PY$P U5N L E E4L$?)36)637*9)*>)<6 7$?)?>*6;$)61*>$7)*=?0<70A?)<6$6$738&Y'4N6I6A*=K$@)$\<0G*>$7)*=?K$?$*7;X$&',F$F F,!B,第,'期!!徐!帅等(先进反应堆用O L P2*G钢的强韧性匹配研究进展Copyright©博看网 . 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All Rights Reserved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a]P$Q#O]Q$E O U T2$$>*=4J<1+)6*>)<6 <0+*;[?>7$???>7$63>X$6)63*69O7<\*6?>7$63>X$6)63)6+)1<9*=?>7A;>A7$92$I!J7I N=O L P?>$$=\)>XX)3X N=*99)>)<6&Y'4G*>$7)*=?P;)$6;$*69563)6$$7)63N$&',!$D-!(F/I/&4 &-D'T N O K$Q#N U T V$MN U T aC$$>*=4500$;> <0d)7;<6)A1*99)>)<6<6>X$1);7<?>7A;>A7$*691$;X*6);*=:7<:$7>)$?<0O L P0$77)>);?>$$=?;<6I >*)6)63*=A1)6A1&Y'4Y<A76*=<0U A;=$*7G*>$7)I*=?$&',F$F F F",I-#(F"&I F"B4&-B'崔超$黄晨$苏喜平$等4快堆先进包壳材料O L P 合金发展研究&Y'4核科学与工程$&',,$-,"F#( -'/I-'!4J]RJ X*<$#]N U T J X$6$P]a):)63$$>*=4L$@$=<:1$6><0O L P*==<8*?*9@*6;$9;=*99)631*>$7)*=0<70*?>7$*;><7&Y'4J X)6$?$Y<A76*=<0U A;=$*7P;)$6;$*69563)6$$7)63$&',,$-,"F#( -'/I-'!")6J X)6$?$#4&-!'Q#N U T W$O]W N U T V$E R]L$$>*=4!J7I O L P?>$$=;<1:<?)>$1*>$7)*=7$)60<7;$9+8V*=*8$7?&Y'4Y<A76*=<0N==<8?*69J<1:<A69?$ &',"$"B&(&!F I-',4&F''Q#N U T W$E R]L$MN U T W$$>*=4N!e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第,'期!!徐!帅等(先进反应堆用O L P2*G钢的强韧性匹配研究进展Copyright©博看网 . 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聚变堆第一壁用纳米结构ODS钢的发展与前瞻
高 效 的 聚变 堆 的发 展 ， 终 取决 于 高性 能 新 型 最
结 构 材料 的 发展 。就 总体 性 能 要 求 而 言 ， 科 在 学 技 术 发 展 史 上 还 未 有 过 这 样 复 杂 的使 用 环 境， 更无 满 足其 使用 要求 的结 构材 料 。换言 之 ， 材 料是 制 约 聚变堆发 展 的主要 技 术瓶颈 。
聚变 堆作 为一 种 未来 的清 洁能 源而 成 为 目 前 国际 上研究 的热点 。２ ０ ０ ６年 ， 中国加 入 了 国 际 热核 聚变 实验 堆 （ＴＥ 计 划 ， Ｉ Ｒ） 建立 了 自己 的 聚变 实 验装 置 Ｅ Ｔ， 发 第 一 壁 材 料 已 提 上 ＡＳ 研 议事 日程 。
ＬＵ ｅ ｇ Ｚｈ ｎ （ ｙＬａ ｏ ａ ｏｙ ｏ Ｍｉｉｔｙ ｏ Ｅｄ ｃ ｔｏ ｏ ｉｏｒ ｐ ｎ ｅ ｔ ｒ ｆ ｔｒａ ｓ Ｋｅ ｂ ｒ ｔｒ ｆ ｎｓｒ ｆ ｕ ａ ｉｎ ｆ ｒＡｎ ｓｔｏ ｙ ａ ｄ Ｔ ｘ ｕ ｅｏ Ｍａ ｅ ｉｌ ，
Ｎ ｏ ｔ ａｓｅ ｎ Ｕｎｉ ｅ ｓ ｔ ，Ｓｈｅ ｙａｎ １１ ８１ ｒ ｈｅ ｔ ｒ ｖ ｒ ｉｙ ｎ ｇ ０ ９，Ｃｈｉ ａ） ｎ
Ｄｅ ｅ ｏ ｍ ｅ ｎ ｏ ｐｅ ｔｏ ｎｏ ｓ ｒ ｃ ｕ ｅ ｖ ｌｐ ｎｔａ ｄ Ｐｒ ｓ ｃ ｆ Ｎａ — ｔ ｕ ｔ ｒ ｄ ＯＤＳ Ｓ ｅ ｌ ｔ ｅｓ
ｆ ｒ Ｆｕ ｉ ｎ Ｒｅ ｃ ｏ ｒ ｔＷ ａ ｌＡｐ ｉ ａ ｉ ｎ ｏ ｓｏ ａ ｔ ｒ Ｆｉ ｓ ｌ ｐｌｃ ｔｏ
本 文简 要介 绍抗 辐 照钢 的发展 和备 选材 料 的研 究 进展 ， 重点 介 绍 有 望用 于聚 变 堆第 一 壁
聚 变堆 的工 作 环境 远 比裂 变 堆 苛 刻 ， 此 由 带来 的许 多 高难 技 术 问题 需要 解 决 ， 安 全 和 但