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利用APT研究RPV模拟钢中相界面原子偏聚特征

材料工程 doi:10.11868/j.issn.1001-4381.2014.09.015

提高了Cu含量的核反应堆压力容器(RPV)模拟钢经调质处理(880℃保温0.5h,水淬;660℃保温10h)以及400℃时效1000h后,采用原子探针层析技术(APT)研究了碳化物/α-Fe基体,富Cu相/α-Fe基体以及富Cu相/碳化物界面处溶质或杂质原子的偏聚特征.结果表明:在碳化物/α-Fe基体界面处P原子偏聚最明显;在富Cu相/α-Fe基体界面处Ni原子偏聚最明显,Mn原子也有微弱的偏聚;在富Cu相/碳化物界面处未发现溶质或杂质原子的偏聚现象.不同相界处原子偏聚不仅与界面本身微观结构有关,也与相界附近化学特性有关.

关键词: 核反应堆压力容器 , 模拟钢 , 原子偏聚 , 原子探针层析技术 , 相界面

利用APT对RPV模拟钢中富Cu原子团簇析出的研究

徐刚 , 蔡琳玲 , 冯柳 , 周邦新 , 刘文庆 , 王均安

金属学报 doi:10.3724/SP.J.1037.2011.00606

提高了Cu含量的核反应堆压力容器(RPV)模拟钢经过880 ℃水淬和660 ℃调质处理,在370 ℃时效不同时间后, 利用原子探针层析技术(APT)进行分析. 结果表明:样品经过1150 h时效后, 富Cu团簇正处于析出过程的形核阶段;经过3000和13200 h时效后析出了富Cu团簇, 团簇的平均等效直径分别为1.5和2.4 nm,团簇中Cu的平均浓度分别为45%和55%(原子分数), 团簇的数量密度约为4.2×10²² m^-3; 样品经过13200 h时效后,α-Fe基体中的Cu含量为(0.15±0.02)%,仍然高于Cu在α-Fe中平衡固溶度的理论计算值,说明这时富Cu团簇的析出过程还没有达到平衡. 对渗碳体的分析结果表明,Ni, Si和P偏聚在渗碳体和α-Fe基体的相界面附近, Mn, Mo和S富集在渗碳体中;并没有观察到Cu在相界面上偏聚的现象.

关键词: 核压力容器模拟钢 , Cu-rich cluster , atom probe tomography , phase interface

富Cu团簇的析出对RPV模拟钢韧-脆转变温度的影响

徐刚 , 蔡琳玲 , 冯柳 , 周邦新 , 王均安 , 张海生

金属学报 doi:10.3724/SP.J.1037.2011.00668

将Cu含量高于实际核反应堆压力容器(RPV)钢的模拟钢在880 ℃水淬后,在660 ℃进行调质处理, 然后在370 ℃时效不同时间, 采用TEM,原子探针层析法(APT)和冲击实验对其进行研究. 结果表明, 时效1150 h后,富Cu团簇的析出仍处于形核阶段, 对韧-脆转变温度(DBTT)没有明显的影响;时效3000 h后, 试样中析出了平均尺寸为1.5 nm的富Cu团簇, 主要分布在位错线上,数量密度达到4.2×10²² m^-3, DBTT由调质处理后的-100 ℃升高至-60 ℃; 时效13200 h后, 富Cu团簇略有长大, 平均尺寸达到2.4 nm,团簇的数量密度与时效3000 h的试样处于相同数量级, DBTT升高至-45 ℃.采用热时效方法使富Cu团簇析出后, DBTT只提高了55 ℃, 没有中子辐照引起的那样显著, 这不仅是因为富Cu团簇的数量密度低, 基体中没有中子辐照产生的晶体缺陷也是重要的原因.

关键词: 核压力容器模拟钢 , ductile-to-brittle transformation temperature , Cu-rich cluster , atom probe tomography

RPV模拟钢中纳米富Cu相的析出和结构演化研究

徐刚 , 楚大锋 , 蔡琳玲 , 周邦新 , 王伟 , 彭剑超

金属学报 doi:10.3724/SP.J.1037.2011.00178

提高了Cu含量的核反应堆压力容器(RPV)模拟钢经过880℃水淬和660℃调质处理后,在370℃时效6000 h,利用HRTEM,EDS和原子探针层析(APT)方法研究了纳米富Cu相的析出过程和晶体结构演化.观察到Cu原子在α-Fe基体的{110}晶面上以3层为周期发生偏聚,并产生了很大的内应力使晶格发生畸变,这是富Cu相析出时的形核过程;随着Cu含量的增加和富Cu区的扩大,内应力也随着增大,富Cu区沿着α-Fe基体的{110}晶面发生切变,形成了ABC/BCA/CAB/ABC排列的多孪晶9R结构;Cu含量继续增加,富Cu相最终转变为fcc结构.富Cu相的尺寸在1-8 nm范围内,数量密度为0.71×1023m-3.富Cu相中还含有3％-8％(质量分数)的Ni和Mn,并且在相界面上发生偏聚,从而抑制了富Cu相的长大.

关键词: 核压力容器模拟钢 , 纳米富Cu相 , 高分辨电镜 , 原子探针层析技术

利用APT对RPV模拟钢中富Cu原子团簇析出的研究

徐刚 , 蔡琳玲 , 冯柳 , 周邦新 , 刘文庆 , 王均安

金属学报 doi:10.3724/SP.J.1037.2011.00606

提高了Cu含量的核反应堆压力容器(RPV)模拟钢经过880℃水淬和660℃调质处理,在370℃时效不同时间后,利用原子探针层析技术(APT)进行分析.结果表明:样品经过1150 h时效后,富Cu团簇正处于析出过程的形核阶段；经过3000和13200 h时效后析出了富Cu团簇,团簇的平均等效直径分别为1.5和2.4 nm,团簇中Cu的平均浓度分别为45％和55％(原子分数),团簇的数量密度约为4.2×1022 m-3；样品经过13200 h时效后,α-Fe基体中的Cu含量为(0.15±0.02)％,仍然高于Cu在α-Fe中平衡固溶度的理论计算值,说明这时富Cu团簇的析出过程还没有达到平衡.对渗碳体的分析结果表明,Ni,Si和P偏聚在渗碳体和α-Fe基体的相界面附近,Mn,Mo和S富集在渗碳体中；并没有观察到Cu在相界面上偏聚的现象.

关键词: 核压力容器模拟钢 , 富Cu团簇 , 原子探针层析技术 , 相界面

富Cu团簇的析出对RPV模拟钢韧-脆转变温度的影响

徐刚 , 蔡琳玲 , 冯柳 , 周邦新 , 王均安 , 张海生

金属学报 doi:10.3724/SP.J.1037.2011.00668

将Cu含量高于实际核反应堆压力容器(RPV)钢的模拟钢在880℃水淬后,在660℃进行调质处理,然后在370℃时效不同时间,采用TEM,原子探针层析法(APT)和冲击实验对其进行研究.结果表明,时效1150h后,富Cu团簇的析出仍处于形核阶段,对韧-脆转变温度(DBTT)没有明显的影响；时效3000h后,试样中析出了平均尺寸为1.5nm的富Cu团簇,主要分布在位错线上,数量密度达到4.2×1022m-3,DBTT由调质处理后的-100℃升高至-60℃；时效13200h后,富Cu团簇略有长大,平均尺寸达到2.4nm,团簇的数量密度与时效3000h的试样处于相同数量级,DBTT升高至-45℃.采用热时效方法使富Cu团簇析出后,DBTT只提高了55℃,没有中子辐照引起的那样显著,这不仅是因为富Cu团簇的数量密度低,基体中没有中子辐照产生的晶体缺陷也是重要的原因.

关键词: 核压力容器模拟钢 , 韧-脆转变温度 , 富Cu团簇 , 原子探针层析法

利用APT对RPV模拟钢中界面上原子偏聚特征的研究

徐刚 , 蔡琳玲 , 冯柳 , 周邦新 , 刘文庆 , 王均安

金属学报 doi:10.3724/SP.J.1037.2011.00717

核反应堆压力容器(RPV)模拟钢样品经过660℃调质处理和370℃时效3000h后,用原子探针层析法研究了晶界和相界面上原子偏聚的特征.结果表明,Ni,Mn,Si,C,P和Mo在晶界处均有不同程度的偏聚,偏聚倾向由强到弱依次为:C,P,Mo,Si,Mn和Ni.Cu在晶界处会出现贫化现象.Si在晶界上的偏聚程度与晶界的特性有关.在这几种元素中,C在晶界上偏聚的宽度最大,如以成分分布图中浓度峰的半高宽来比较,C的偏聚宽度是Mn,Ni和Mo的1.5倍.在富Cu相与α-Fe的相界面处,Ni和Mn有明显的偏聚,而C,P,Mo和Si倾向偏聚在相界面的α-Fe一侧,且偏聚的程度比晶界处的低.

关键词: 核压力容器模拟钢 , 原子探针层析法 , 晶界 , 相界面 , 偏聚