【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于核电材料服役延寿技术评估领域，具体涉及一种rpv钢离子辐照后热退火缓解程度的评估方法。
技术介绍
1、核电运行寿命主要取决于“不可更换设备”的寿命，如反应堆压力容器(rpv)，它是反应堆内唯一不可更换的部件。rpv在服役运行过程中承受强烈的中子辐照使材料产生硬化/脆化效应，研究显示，rpv钢经受中子辐照后，材料内部产生一系列的微结构缺陷，引起rpv钢的机械性能变化(比如屈服强度增加、韧性降低、脆性增加等机械性能变化行为)，其脆化源主要包括位错环、溶质原子团簇等。
2、辐照脆化使rpv服役的安全性降低，且核电站延寿是当今世界核电工程领域最现实的问题之一，通过对“不可更换设备”进行寿命评估、老化管理及技术维护，达到服役寿命延长的目的。rpv作为核电站中长期遭受中子辐照的一个安全设备，辐照损伤是导致rpv老化的主要原因之一，为了消除辐照损伤，延长rpv服役寿命，目前提出了热退火处理工艺缓解辐照缺陷，相关研究已被列入多国的核电站延寿论证的研究项目之中。
3、高温退火可使辐照后rpv钢材料的韧性恢复，一定程度缓解辐照脆化效应。相关辐照研究中，由于中子辐照实验具有放射性，为材料辐照及退火研究带来诸多不便，离子辐照相对廉价、高效，目前国内外多使用离子辐照来模拟中子辐照引发的损伤效应。由于rpv钢的辐照脆化与辐照缺陷相关度较为复杂，目前缺少针对rpv钢辐照缺陷的退火缓解评价方法，也因此难以评估实际退火缓解程度。常规研究过程中通过实验表征，仅可定性判断辐照后退火效应，难以准确、科学合理地定量评估退火缓解程度。
技术实现思路
1、有鉴于此，为了克服现有技术的缺陷，本专利技术的目的是提供一种反应堆压力容器钢离子辐照后退火缓解程度的评估方法，为核电厂rpv设备服役寿命延长提供技术评价指导。
2、为了达到上述目的，本专利技术采用以下的技术方案：
3、一种反应堆压力容器钢离子辐照后退火缓解程度的评估方法，包括如下步骤：
4、将反应堆压力容器钢制备成片状样品；
5、获取片状样品在离子辐照前的特征纳米硬度、位错环的数量密度及平均尺寸、团簇的数量密度及平均尺寸；
6、对片状样品开展离子辐照，并模拟计算损伤区域；
7、获取片状样品在离子辐照后的特征纳米硬度、位错环的数量密度及平均尺寸、团簇的数量密度及平均尺寸；
8、对离子辐照后的片状样品开展真空热退火处理；
9、获取片状样品在真空热退火处理后的特征纳米硬度、位错环的数量密度及平均尺寸、团簇的数量密度及平均尺寸；
10、计算片状样品在不同处理阶段(即离子辐照前、离子辐照后、真空热退火处理后)下不同类型缺陷(即位错环和溶质原子团簇)对屈服强度增量的贡献；
11、分别计算片状样品真空热退火处理后基于缺陷恢复和基于纳米硬度测试的性能恢复程度；
12、基于两种性能恢复程度参数，评价反应堆压力容器钢辐照后退火工艺中温度选择的合理性，并计算该条件(即真空热退火处理中的退火温度t和退火时间t)下的退火缓解程度rpia。
13、根据本专利技术的一些优选实施方面，所述片状样品通过如下方法制备：将rpv钢材料通过线切割加工成厚度为0.5～1.5mm的方片状样品，边长尺寸在10～15mm之间，使用400～2000#的金相砂纸对片状样品的表面进行打磨，打磨后抛光成镜面。
14、根据本专利技术的一些优选实施方面，所述片状样品在离子辐照前的特征纳米硬度hunirr通过如下方法获得：
15、对片状样品进行纳米硬度测试，设置反应堆压力容器钢材料的泊松比(材料的固有参量)，设置压入深度≥2μm，压入测试点≥10个，每个压入点获得一组纳米硬度h和压入深度h的关系曲线，并作多条曲线的平均曲线，对平均曲线的h2和1/h进行线性拟合，计算拟合直线截距的算术平方根，得到离子辐照前的片状样品的特征纳米硬度hunirr。
16、根据本专利技术的一些优选实施方面，所述片状样品在离子辐照前的位错环的数量密度nloop,unirr和平均尺寸dloop,unirr通过如下方法获得：
17、通过透射电镜表征反应堆压力容器钢片状样品的位错环，表征区域选择距片状样品的表面5μm以内，统计视野内的位错环数量密度nloop,unirr和平均尺寸dloop,unirr。
18、根据本专利技术的一些优选实施方面，所述片状样品在离子辐照前的团簇的数量密度ncluster,unirr和平均尺寸dcluster,unirr通过如下方法获得：
19、通过三维原子探针表征反应堆压力容器钢片状样品的团簇，样品区域选择距片状样品的表面5μm以内，统计相应的团簇的数量密度ncluster,unirr和平均尺寸dcluster,unirr。
20、根据本专利技术的一些优选实施方面，所述离子辐照为：对反应堆压力容器钢片状样品进行e≤300kev的特定能量e和0～10dpa的特定损伤量的质子辐照。
21、根据本专利技术的一些优选实施方面，所述模拟计算损伤区域为通过srim软件进行辐照损伤分布模拟计算，以损伤峰深度dpeak±100nm视为损伤区域，即损伤峰区域的深度范围ω为dpeak-100nm至dpeak+100nm。
22、根据本专利技术的一些优选实施方面，所述片状样品在离子辐照后的特征纳米硬度hirr通过如下方法获得：
23、对离子辐照后的片状样品进行纳米硬度测试，设置反应堆压力容器钢材料的泊松比，设置压入深度≥2μm，压入测试点≥10个，每个压入点获得一组纳米硬度h和压入深度h的关系曲线，并作多条曲线的平均曲线，对平均曲线的h2和1/h进行线性拟合，线性拟合区域的h为0.1×(dpeak-100)至0.2×(dpeak+100)，计算拟合直线截距的算术平方根，即得到辐照区域的特征纳米硬度hirr；
24、根据本专利技术的一些优选实施方面，所述片状样品在离子辐照后的位错环的数量密度dloop,irr和平均尺寸dloop,irr通过如下方法获得：
25、通过透射电镜表征离子辐照后片状样品的位错环，表征区域包含损伤峰区域的ω深度范围，统计视野内的位错环数量密度dloop,irr和平均尺寸dloop,irr。
26、根据本专利技术的一些优选实施方面，所述片状样品在离子辐照后的团簇的数量密度ncluster,irr和平均尺寸dcluster,irr通过如下方法获得：
27、通过三维原子探针表征离子辐照后片状样品的团簇，表征区域包含损伤峰区域的ω深度范围，统计相应的团簇的数量密度ncluster,irr和平均尺寸dcluster,irr。
28、根据本专利技术的一些优选实施方面，所述真空热退火处理为：对离子辐照之后的片状样品进行真空热退火处理，真空度优于(不高于，真空度数值越低，真空度越优)5×10-4pa，并保持至少30min，升温速率为10±5℃/min，设定目标温度为t，保温时长本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种反应堆压力容器钢离子辐照后退火缓解程度的评估方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的评估方法，其特征在于，所述片状样品通过如下方法制备：将反应堆压力容器钢材料切割加工成厚度为0.5-1.5mm的片状样品，边长尺寸为10～15mm，对片状样品表面进行打磨，并抛光成镜面。
3.根据权利要求1或2所述的评估方法，其特征在于，所述片状样品在离子辐照前的特征纳米硬度Hunirr通过如下方法获得：
4.根据权利要求1或2所述的评估方法，其特征在于，所述片状样品在离子辐照前的位错环的数量密度Nloop,unirr和平均尺寸Dloop,unirr通过如下方法获得：
5.根据权利要求1或2所述的评估方法，其特征在于，所述片状样品在离子辐照前的团簇的数量密度Ncuster,unirr和平均尺寸Dcluster,unirr通过如下方法获得：
6.根据权利要求1所述的评估方法，其特征在于，所述离子辐照为：对反应堆压力容器钢片状样品进行E≤300keV的能量E和0～10dpa的损伤量的质子辐照。
7.根据权利
8.根据权利要求1或7所述的评估方法，其特征在于，所述片状样品在离子辐照后的特征纳米硬度Hirr通过如下方法获得：
9.根据权利要求1或7所述的评估方法，其特征在于，所述片状样品在离子辐照后的位错环的数量密度Nloop,irr和平均尺寸Dloop,irr通过如下方法获得：
10.根据权利要求1或7所述的评估方法，其特征在于，所述片状样品在离子辐照后的团簇的数量密度Ncluster,irr和平均尺寸Dcluster,irr通过如下方法获得：
11.根据权利要求1所述的评估方法，其特征在于，所述真空热退火处理为：对离子辐照之后的片状样品进行真空热退火处理，真空度不高于5×10-4Pa，并保持至少30min，升温速率为10±5℃/min，设定目标温度为T，保温时长为t，保温时间结束后随炉降温至室温，升温、保温、降温过程中的真空度不高于5×10-4Pa。
12.根据权利要求1或11所述的评估方法，其特征在于，所述片状样品在真空热退火处理后的特征纳米硬度Hpia通过如下方法获得：
13.根据权利要求1或11所述的评估方法，其特征在于，所述片状样品在真空热退火处理后的位错环数量密度Nloop,pia和平均尺寸Dloop,pia通过如下方法获得：
14.根据权利要求1或11所述的评估方法，其特征在于，所述片状样品在真空热退火处理后的团簇的数量密度Ncluster,pia和平均尺寸Dcluster,pia通过如下方法获得：
15.根据权利要求1所述的评估方法，其特征在于，计算片状样品在不同处理阶段下不同类型缺陷对屈服强度增量的贡献，包括基于片状样品在离子辐照前和离子辐照后的特征纳米硬度、位错环的数量密度及平均尺寸、团簇的数量密度及平均尺寸来计算因辐照缺陷引起的屈服强度增量Δσdefect,irr：
16.根据权利要求1或15所述的评估方法，其特征在于，计算片状样品在不同处理阶段下不同类型缺陷对屈服强度增量的贡献，包括基于片状样品在离子辐照前和真空热退火处理后的特征纳米硬度、位错环的数量密度及平均尺寸、团簇的数量密度及平均尺寸来计算因残余辐照缺陷引起的屈服强度增量Δσdefect,pia：
17.根据权利要求1所述的评估方法，其特征在于，计算片状样品真空热退火处理后基于缺陷恢复的性能恢复程度Rdefect按照如下公式进行：
18.根据权利要求1或17所述的评估方法，其特征在于，计算片状样品真空热退火处理后基于纳米硬度测试的性能恢复程度Rhardnesstest按照如下公式进行：
19.根据权利要求18所述的评估方法，其特征在于，基于两种性能恢复程度参数，评价片状样品离子辐照后真空热退火处理中温度选择的合理性：
20.根据权利要求1所述的评估方法，其特征在于，所述退火缓解程度Rpia按照如下公式进行：
...【技术特征摘要】
1.一种反应堆压力容器钢离子辐照后退火缓解程度的评估方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的评估方法，其特征在于，所述片状样品通过如下方法制备：将反应堆压力容器钢材料切割加工成厚度为0.5-1.5mm的片状样品，边长尺寸为10～15mm，对片状样品表面进行打磨，并抛光成镜面。
3.根据权利要求1或2所述的评估方法，其特征在于，所述片状样品在离子辐照前的特征纳米硬度hunirr通过如下方法获得：
4.根据权利要求1或2所述的评估方法，其特征在于，所述片状样品在离子辐照前的位错环的数量密度nloop,unirr和平均尺寸dloop,unirr通过如下方法获得：
5.根据权利要求1或2所述的评估方法，其特征在于，所述片状样品在离子辐照前的团簇的数量密度ncuster,unirr和平均尺寸dcluster,unirr通过如下方法获得：
6.根据权利要求1所述的评估方法，其特征在于，所述离子辐照为：对反应堆压力容器钢片状样品进行e≤300kev的能量e和0～10dpa的损伤量的质子辐照。
7.根据权利要求6所述的评估方法，其特征在于，所述模拟计算损伤区域为通过srim软件进行辐照损伤分布模拟计算，以损伤峰深度dpeak±100nm视为损伤区域，即损伤峰区域的深度范围ω为dpeak-100nm至dpeak+100nm。
8.根据权利要求1或7所述的评估方法，其特征在于，所述片状样品在离子辐照后的特征纳米硬度hirr通过如下方法获得：
9.根据权利要求1或7所述的评估方法，其特征在于，所述片状样品在离子辐照后的位错环的数量密度nloop,irr和平均尺寸dloop,irr通过如下方法获得：
10.根据权利要求1或7所述的评估方法，其特征在于，所述片状样品在离子辐照后的团簇的数量密度ncluster,irr和平均尺寸dcluster,irr通过如下方法获得：
11.根据权利要求1所述的评估方法，其特征在于，所述真空热退火处理为：对离子辐照之后的片状样品进行真空热退火处理，真空度不高于5×10-4p...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘向兵，全琪炜，李远飞，徐超亮，钱王洁，贾文清，尹建，王春辉，方奎元，安英辉，
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：
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