1、核級304不銹鋼輻照促進高溫高壓水環境腐蝕與應力腐蝕研究核電站運行經驗表明，堆芯不銹鋼材料以輻照促進應力腐蝕開裂(IASCC)為代表的輻照加速腐蝕失效己經成為影響核電站安全高效運行的關鍵問題之一。研究發現,輻照與不銹鋼材料發生交互作用產生的結構缺陷、輻照偏析、輻照硬化等損傷結構是IASCC發生的關鍵材料因素，而輻照材料在應力作用下發生的局部不均勻變形是導致開裂的主要機制。目前,我國已實現了堆芯結構材料的國產化,但對材料的輻照損傷演化規律還缺乏研究。在IASCCa制研究上,目前基于局部變形論述的IASCC機制尚需進首先，腐蝕是應力腐蝕開裂(SCC)的基本過程，全面闡明IASCC機制需要澄清輻照對

2、材料腐蝕及腐蝕動力學的影響,而現行IASCC機制只考慮了局部變形的影響，未充分考慮腐蝕的作用。其次，全面澄清局部變形對IASCC的影響還需要明確腐蝕與局部變形之間是否存在協同作用。基于上述原因,本論文采用質子輻照模擬中子輻照實驗技術,研究了國產核級304不銹鋼的輻照損傷演化規律以及輻照對其腐蝕和IASCC行為的影響，將局部變形和腐蝕與IASCC相關聯，提出了輻照加速腐蝕對不銹鋼材料IASCC的影響機制。采用2MeV質子束在3600C對國產核級304不銹鋼試樣進行了輻照實驗，并研究輻照對材料顯微結構的影響,分析了輻照損傷結構隨輻照劑量的演化規律。結果表明,輻照損傷結構以位錯環為主,伴有少量的空洞

3、,位錯環的數量密度為1022m-3量級，平均尺寸小于10nm。位錯環數量密度和直徑乘積值的平方根(Nd)0.5與輻照劑量平方根成正比，比例系數為(6.8x103)(dpa)-0.5/mm。空洞尺寸一般小于5nm且隨輻照劑量無明顯變化。輻照后晶界和位錯環處發生元素偏析,其中Cr、Ni在晶界和位錯環處偏析程度相近,而Si在位錯環處的偏析程度數倍于晶界。304不銹鋼輻照后硬度增量AH與輻照劑量的平方根成正比，比例系數為79.5（dpa）-0.5kg/mm2,同時與（Nd）0.5成正比，比例系數為（1.16乂10-2）kg/mm。位錯環平均尺寸和數量密度、晶界偏析程度以及輻照硬化程度均隨輻照劑量增加而

4、增加,并在3-5dpa范圍趨于飽和。研究了輻照對核級304不銹鋼在模擬壓水堆一回路水環境中腐蝕行為的影響,發現輻照同時促進核級304不銹鋼在一回路水中的均勻腐蝕和晶界局部腐蝕。試樣表面形成的腐蝕產物膜內層厚度和整體厚度均隨輻照劑量增加而增加,而位錯環的選擇性氧化是輻照促進均勻腐蝕的關鍵因素。另一方面,晶界局部腐蝕深度也隨輻照劑量增加而增加。分析認為,輻照導致品界貧Cr、晶界區域空位濃度增加以及晶界氧化物尖端富Ni程度，進而促進了晶界局部腐蝕。研究了輻照對核級304不銹鋼在模擬壓水堆一回路水環境中腐蝕動力學的影響。結果表明，腐蝕產物膜整體厚度在短的腐蝕時間（0500h）內隨腐蝕時間和輻照劑量增加

5、而增加,而長時間腐蝕后,腐蝕產物膜整體厚度變小。這與外層氧化物顆粒尺寸和數量的演變緊密相關。腐蝕產物膜內層厚度隨腐蝕時間增加而增加,并遵循冪指數規律,且腐蝕速率常數隨輻照劑量增加而增加。另一方面,晶界局部腐蝕深度也隨腐蝕時間增加而增加,且腐蝕速率與晶界局部腐蝕產物尖端富Ni程度隨腐蝕時間的演化有關。利用不同應變量的間斷慢應變速率拉伸（SSRT）實驗研究了304不銹鋼在模擬壓水堆一回路水環境中的IASCC亍為。結果表明,在慢應變速率拉伸過程中,輻照試樣表面形成的滑移臺階穿過或終止于晶界。終止于晶界的臺階造成晶界處產生不連續滑移,易將位錯傳輸到晶界,在晶界區域形成位錯塞積和應變集中。此外,不連續滑

6、移臺階的形成傾向受毗鄰晶粒的斯密特因子對影響。SSR楨驗后輻照試樣表面發生明顯沿晶應力腐蝕開裂,且裂紋數量隨輻照劑量和外加應變量的增加而增加。同時,裂紋尖端區域發生明顯晶界局部腐蝕,且氧化物寬度和長度隨輻照劑量增加而增加。分析認為,輻照導致的晶界應變集中和元素偏析之間的協同作用所造成材料變形行為和晶界局部腐蝕行為變化,是IASCC發生的關鍵因素。研究了輻照304不銹鋼在一回路水中局部變形與腐蝕的協同效應,考察了局部變形對腐蝕行為的影響。結果表明,輻照促進了材料表面滑移臺階和晶界處的局部變形,臺階高度以及晶界和臺階處應變集中程度均隨輻照劑量增加而增加。輻照促進了晶界和表面滑移臺階處的局部腐蝕,主要原因是,增加輻照劑量促進了臺階處的應變集中并增加了晶界區域的晶格畸變和輻照偏析程度。由于氧化物在應力作用下容易開裂形成微裂紋,輻照能夠通過促進滑移臺階和晶界處的局部腐蝕，促進IASCC裂紋的萌生,成為IASCC發生的一個重要機制。綜上,本文首次系統研究了國產核電不銹鋼材料的輻照損傷演化規律,為國產核電材料提供了輻照損傷性能驗證數據。定量研究了核級不銹鋼材料輻照加速腐蝕行為,澄清了輻照加速腐蝕機制,建立了輻照劑量與腐蝕程度