一种不锈钢材料辐照损伤和热老化动态耦合作用试验方法技术

本发明专利技术公开一种不锈钢材料辐照损伤和热老化动态耦合作用试验方法，属于金属腐蚀与防护的技术领域。本发明专利技术的试验方法基于加速热老化和辐照实验技术，设计一种新颖的循环辐照

【技术实现步骤摘要】
一种不锈钢材料辐照损伤和热老化动态耦合作用试验方法


[0001]本专利技术属于金属腐蚀与防护的
，涉及一种不锈钢材料辐照损伤和热老化动态耦合作用试验方法。

技术介绍

[0002]核电站反应堆压力容器是核电站一回路压力边界唯一不可更换的核安全一级设备，其结构完整性直接影响核电站运行安全，也是核电站延寿论证首要考虑的问题。其一般采用低合金钢制造，内壁堆焊不锈钢焊材作为屏障。不锈钢堆焊层材料的服役环境苛刻复杂，其一方面暴露于反应堆堆芯强烈中子辐照环境，材料基体内会产生大量结构缺陷和元素偏析，造成辐照损伤，另一方面材料在核电站一回路温度(280
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330℃)下长期服役过程中基体中的铁素体相会发生调幅分解，使材料硬度、脆性增加，而塑性、韧性降低，产生热老化脆化，并降低材料腐蚀抗力。实际服役工况下，RPV堆焊层材料的辐照损伤和热老化过程同时发生。目前国内外对辐照损伤和热老化分别开展了大量独立试验，同时也对热老化和应力、腐蚀展开了试验，但对辐照损伤
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热老化耦合作用缺乏相应的试验研究方法，未能完整澄清实际服役状态下辐照损伤
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热老化耦合作用致组织结构演变规律。
[0003]中国专利CN114279944A公开了不锈钢焊材热老化
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应力
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腐蚀耦合作用的评价方法，其中涉及热老化和应力、腐蚀三因素耦合，显然并未考虑热老化和辐照损伤的两因素耦合。
[0004]中国专利CN104777280A公开了CPR1000核电厂铸造奥氏体不锈钢的热老化评估方法，仅涉及热老化一因素，且也不是对热老化过程的评估，而是对热老化后的材料进行评估。
[0005]中国专利CN109817356A公开了一种基于磁化功参数监测RPV中子辐照损伤的方法和装置，其中的中子辐照损伤并未考虑通过其他粒子辐照试验来进行研究。
[0006]故而，现有技术中并未考虑辐照损伤
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热老化耦合作用的试验研究方法，多关注于热老化和应力、腐蚀等方面的研究，辐照损伤和热老化分开进行研究，中子辐照损伤也是中子辐照试验中探测。虽然有单独辐照/单独热老化进行研究，但是对于辐照损伤
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热老化耦合作用的研究很少，且实现动态实时效应研究成为研究领域前沿的难点问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术所要解决的技术问题是如何克服现有技术中未能实现辐照损伤和热老化耦合作用的动态实时效应进行研究，目前单独辐照/单独热老化/先热老化后辐照处理/先辐照后热老化处理的研究方法均不能真实模拟辐照损伤
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热老化的动态耦合过程，使得辐照损伤
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热老化耦合作用的动态实时效应成为研究领域前沿的难点问题。中子辐照损伤也是中子辐照试验中探测，成本高，周期长；同时，在核电实际工况下材料的热老化时间周期长。因此，难以实现同时进行辐照和热老化试验。
[0008]为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：
[0009]一种不锈钢材料辐照损伤和热老化动态耦合作用试验方法，所述试验方法为循环辐照+热老化处理模式，在公式推演计算基础上合理设置辐照和热老化参数，模拟辐照损伤
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热老化耦合发生、发展的动态过程。
[0010]优选地，所述试验方法包括以下步骤：
[0011]S1、加速热老化试验参数选择：不锈钢材料的热老化为热激活过程，其动力学服从近似Arrhenius关系式：
[0012]t2/t1＝exp(Q/R(1/T2‑
1/T1))
[0013]式中，t1为热老化试验时间，t2为服役时间，T1为热老化试验温度，T2为服役温度，Q为热老化激活能，R为气体常数；
[0014]根据上述关系式得出不锈钢材料在热老化试验温度下经过热老化试验时间的加速热老化过程等同于不锈钢材料在服役温度下经过服役时间的实际热老化过程；不锈钢材料的热老化温度为400℃；
[0015]S2、辐照试验参数选择：利用360℃质子辐照模拟中子辐照，质子辐照注量和中子辐照注量相同，质子的辐照注量和辐照剂量之间存在以下定量转换公式：
[0016]DPA＝(Φ
×
108×
R)/N
[0017]式中，DPA为质子辐照剂量，单位为dpa；Φ为质子辐照注量，单位为n/cm2；R为质子辐照损伤率，单位为N为材料原子数密度，单位为atoms/nm3；
[0018]根据上述定量转换公式得出经过服役时间后的不锈钢材料的中子辐照注量对应的质子辐照剂量；
[0019]S3、循环辐照+热老化处理参数选择：采用循环辐照+热老化处理来模拟实际服役工况下辐照损伤
‑
热老化动态耦合作用发生、发展的过程；共设计多个节点，每一个节点内均进行相同的DPA辐照和热老化处理时间t1。
[0020]优选地，所述步骤S1中不锈钢材料的热老化温度为400℃。
[0021]优选地，所述步骤S2中不锈钢材料的质子辐照温度选择为360℃。
[0022]优选地，所述步骤S2中，为保证中子辐照注量和质子辐照注量相同，将步骤S2的Φ和R代入定量转换公式，得到t2时间后中子辐照注量对应于质子辐照剂量DPA。
[0023]优选地，所述步骤S3中，循环辐照+热老化处理过程的每个节点的质子辐照剂量均选择为DPA，其对应的服役时间与加速热老化对应的服役时间相同。
[0024]优选地，所述步骤S3中，通过多个节点的循环，模拟不锈钢几年到几十年服役过程的辐照损伤
‑
热老化动态耦合作用致组织结构演变过程。
[0025]优选地，所述步骤S3中，辐照温度低于加速热老化温度，辐照时间低于加速热老化时间。
[0026]优选地，所述步骤S3中，多个节点至少为三个。
[0027]优选地，所述试样方法比传统单独辐照/单独热老化/先热老化后辐照/先辐照后热老化更能真实模拟服役工况下辐照损伤
‑
热老化的动态耦合过程，为解决辐照损伤
‑
热老化动态耦合作用的实时效应研究领域难点问题提供有效方法。
[0028]本专利技术与现有技术相比，具有以下有益效果：
[0029]上述方案中，本专利技术提出一种不锈钢材料辐照损伤和热老化动态耦合作用试验方法，可以更精确模拟实际服役工况，获得接近现场情况的材料状态，为不锈钢材料的脆化、
腐蚀、应力腐蚀等服役行为评价和寿命预测提供基础。
[0030]本专利技术由于实际服役温度(280
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330℃)下材料的热老化速率非常缓慢，一般需要几年甚至十几年才会出现较为明显的热老化效果，故多采用较高温度下加速热老化的方法进行研究。一般对不锈钢材料当加速热老化实验温度为350
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450℃时，可保证热老化机制与实际服役条件下相一致，本专利建议采用较高的热老化实验温度400℃。
[0031]本专利技术若采用中子辐照，可直接选用服役温度T2下相当于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种不锈钢材料辐照损伤和热老化动态耦合作用试验方法，其特征在于，所述试验方法为循环辐照+热老化处理模式，在公式推演计算基础上合理设置辐照和热老化参数，模拟辐照损伤
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热老化耦合发生、发展的动态过程。2.根据权利要求1所述的不锈钢材料辐照损伤和热老化动态耦合作用试验方法，其特征在于，所述试验方法包括以下步骤：S1、加速热老化试验参数选择：不锈钢材料的热老化为热激活过程，其动力学服从近似Arrhenius关系式：t2/t1＝exp(Q/R(1/T2‑
1/T1))式中，t1为热老化试验时间，t2为服役时间，T1为热老化试验温度，T2为服役温度，Q为热老化激活能，R为气体常数；根据上述关系式得出不锈钢材料在热老化试验温度下经过热老化试验时间的加速热老化过程等同于不锈钢材料在服役温度下经过服役时间的实际热老化过程；不锈钢材料的热老化温度为400℃；S2、辐照试验参数选择：利用360℃质子辐照模拟中子辐照，质子辐照注量和中子辐照注量相同，质子的辐照注量和辐照剂量之间存在以下定量转换公式：DPA＝(Φ
×
108×
R)/N式中，DPA为质子辐照剂量，单位为dpa；Φ为质子辐照注量，单位为n/cm2；R为质子辐照损伤率，单位为N为材料原子数密度，单位为atoms/nm3；根据上述定量转换公式得出经过服役时间后的不锈钢材料的中子辐照注量对应的质子辐照剂量；S3、循环辐照+热老化处理参数选择：采用循环辐照+热老化处理来模拟实际服役工况下辐照损伤
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热老化动态耦合作用发生、发展的过...

【专利技术属性】
技术研发人员：高晓东，韩姚磊，彭群家，乔利杰，
申请(专利权)人：苏州热工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：