核能用結(jié)構(gòu)合金

第1章 水冷裂變反應(yīng)堆中結(jié)構(gòu)材料綜述 11.1　引言 11.2　輕水反應(yīng)堆環(huán)境和主要退化模式 91.2.1　熱老化與疲勞 91.2.2　輻照 91.2.3　水環(huán)境 111.3　輕水反應(yīng)堆用關(guān)鍵結(jié)構(gòu)材料綜述 121.3.1　鋯基合金 121.3.2　奧氏體不銹鋼 131.3.3　鑄造奧氏體不銹鋼 141.3.4　鎳基合金 151.3.5　低合金鋼 17參考文獻(xiàn) 19第2章 第四代裂變核反應(yīng)堆系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)材料運(yùn)行環(huán)境綜述 222.1　引言 232.2　液態(tài)金屬冷卻快堆 232.2.1　鈉冷快堆（SFR）——總體設(shè)計(jì)與應(yīng)用 232.2.2　鉛冷快堆（LFR） 292.3　氦冷堆 352.3.1　超高溫反應(yīng)堆（VHTR） 352.3.2　氣冷快堆 382.4　其他第四代裂變反應(yīng)堆系統(tǒng) 392.4.1　熔鹽燃料反應(yīng)堆（MSR） 392.4.2　熔鹽冷卻反應(yīng)堆 412.4.3　超臨界水冷反應(yīng)堆（SCWR） 422.4.4　總結(jié) 44參考文獻(xiàn) 44第3章 聚變核反應(yīng)堆系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)材料運(yùn)行環(huán)境綜述 503.1　引言 513.2　基礎(chǔ)物理學(xué)概述 513.2.1　聚變反應(yīng)周圍材料的中子和熱負(fù)荷 533.3　核聚變環(huán)境中材料退化的基礎(chǔ) 543.3.1　與裂變環(huán)境的比較 563.4　MCF.和.ICF.概念型設(shè)計(jì)的概述 583.4.1　MCF.概念型電廠設(shè)計(jì) 593.4.2　ICF.概念型電廠設(shè)計(jì) 623.5　第一壁/包覆層結(jié)構(gòu)材料的選擇 643.5.1　RAF/M.鋼 643.5.2　納米結(jié)構(gòu)鐵素體合金 693.5.3　釩合金 713.5.4　連續(xù).SiC.纖維增強(qiáng).SiC.陶瓷基復(fù)合材料 733.5.5　氦在聚變結(jié)構(gòu)材料中的作用 753.6　偏濾器/限幅器應(yīng)用材料 803.6.1　鎢及鎢合金 803.6.2　碳纖維復(fù)合材料 843.6.3　液壁 863.7　真空容器（VV）材料 873.8　磁性結(jié)構(gòu)材料 89參考文獻(xiàn) 90第4章 微觀結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能及計(jì)算熱力學(xué)研究工具 984.1　簡介 994.1.1　背景 994.1.2　輻照材料表征 1014.2　微觀結(jié)構(gòu)工具 1024.2.1　輻照誘導(dǎo)微觀結(jié)構(gòu) 1024.2.2　微觀結(jié)構(gòu)工具 1044.2.3　電子顯微學(xué) 1054.2.4　原子探針層析技術(shù) 1114.2.5　中子小角散射（SANS） 1194.2.6　基于正電子湮沒譜學(xué)的技術(shù) 1234.2.7　微結(jié)構(gòu)技術(shù)小結(jié) 1274.3　基于小尺寸試樣測(cè)試輻照材料的力學(xué)性能 1274.3.1　引言 1274.3.2　小尺寸試樣拉伸測(cè)試 1284.3.3　顯微硬度測(cè)試 1304.3.4　輻照脆化實(shí)驗(yàn)：轉(zhuǎn)變溫度移位與斷裂韌性 1314.3.5　輻照硬化-脆化關(guān)系 1354.3.6　納米尺度下的力學(xué)測(cè)試數(shù)據(jù) 1354.3.7　小結(jié) 1364.4　計(jì)算合金設(shè)計(jì)與優(yōu)化 1374.4.1　引言 1374.4.2　合金優(yōu)化 1374.4.3　合金選擇與設(shè)計(jì) 1394.4.4　動(dòng)力學(xué)和力學(xué)性能模擬 1404.4.5　小結(jié) 141參考文獻(xiàn) 141第5章 反應(yīng)堆用結(jié)構(gòu)合金中的輻照及熱機(jī)械退化效應(yīng) 1615.1　概述 1625.2　熱機(jī)械性能退化過程 1645.2.1　熱老化 1645.2.2　熱蠕變 1655.2.3　疲勞和蠕變疲勞 1685.3　輻照硬化和脆化 1715.3.1　與輻照劑量相關(guān)的低溫輻照硬化和塑性降低 1715.3.2　與溫度相關(guān)的輻照硬化和塑性降低 1735.3.3　低溫輻照脆化 1735.4　輻照誘發(fā)相和微量化學(xué)變化 1755.4.1　非晶化 1765.4.2　輻照增強(qiáng)和誘發(fā)偏聚（及析出） 1775.5　輻照改性和應(yīng)力改性作用下的腐蝕和開裂現(xiàn)象 1815.6　輻照誘發(fā)的尺寸不穩(wěn)定性 1845.6.1　空穴腫脹 1845.6.2　輻照蠕變 1875.6.3　輻照生長 1895.7　高溫氦脆 1905.8　結(jié)論 194致謝 195參考文獻(xiàn) 195第6章 當(dāng)代和下一代核反應(yīng)堆的腐蝕問題 2116.1　核反應(yīng)堆系統(tǒng)的腐蝕 2126.1.1　腐蝕類型 2126.1.2　核反應(yīng)堆系統(tǒng)的運(yùn)行條件 2136.2　水冷堆的腐蝕 2156.2.1　亞臨界水 2156.2.2　超臨界水 2206.3　氦冷堆的腐蝕 2236.3.1　VHTR.環(huán)境中的氧化 2246.3.2　VHTR.環(huán)境中的脫碳 2256.3.3　VHTR.環(huán)境中的滲碳 2276.3.4　內(nèi)氧化 2276.3.5　其他問題 2286.4　熔鹽堆和液態(tài)金屬堆的腐蝕 2286.4.1　熔鹽 2296.4.2　鈉 2356.4.3　鉛合金 238參考文獻(xiàn) 240擴(kuò)展閱讀 245第7章 輕水堆燃料包殼和堆芯構(gòu)件用鋯合金 2477.1 鋯合金概述 2487.2 制造和微觀結(jié)構(gòu) 2517.2.1　概述 2517.2.2　晶格結(jié)構(gòu)及第二相粒子 2527.2.3　鋯合金的加工與制造 2537.2.4　鋯合金的各向異性 2547.2.5　織構(gòu) 2547.3 腐蝕和積垢 2577.3.1　概述 2577.3.2　鋯合金腐蝕 2577.3.3　燃料棒積垢 2587.3.4　PWR.冷卻劑化學(xué) 2597.3.5　BWR.冷卻劑化學(xué) 2607.3.6　嚴(yán)重腐蝕和積垢引起的燃料組件破壞 2617.4 氫化和機(jī)械完整性 2627.4.1　概述 2627.4.2　氫化對(duì)未輻照合金力學(xué)性能的影響 2627.4.3　氫化對(duì)輻照力學(xué)性能的影響 2647.4.4　氫化物對(duì)事故后瞬態(tài)力學(xué)性能的影響 2697.5 輻照效應(yīng) 2697.5.1　概述 2697.5.2　輻照對(duì)耐蝕性的影響 2717.5.3　輻照硬化和脆化 2717.5.4　輻照生長 2727.5.5　輻照蠕變 2737.6 破壞機(jī)制 2747.6.1　概述 2747.6.2　碎片磨損 2757.6.3　格架-燃料棒微動(dòng)磨損（GTRF） 2767.6.4　芯塊-包殼力學(xué)相互作用（PCMI） 2767.6.5　芯塊-包殼相互作用-應(yīng)力腐蝕開裂(PCI-SCC) 2777.6.6　不常見的破壞機(jī)制 2787.7 總結(jié) 279參考文獻(xiàn) 281第8章 奧氏體不銹鋼 2908.1　概述 2918.2　在輕水反應(yīng)堆和第四代反應(yīng)堆中的應(yīng)用 2928.2.1　輕水反應(yīng)堆 2928.2.2　鈉冷快堆 2928.3　輻照誘發(fā)的冶金變化 2958.3.1　輻照誘發(fā)元素偏聚 2968.3.2　位錯(cuò)顯微結(jié)構(gòu) 2998.3.3　相穩(wěn)定性 3008.3.4　嬗變 3028.4　輻照誘發(fā)的力學(xué)性能變化及退化模式 3058.4.1　輻照硬化 3058.4.2　斷裂韌性降低和脆化 3068.4.3　高溫氦脆 3088.4.4　空洞腫脹 3098.4.5　輻照蠕變和疲勞 3118.4.6　堆內(nèi)蠕變性能 3148.5　裂變?nèi)剂闲緣K-包殼交互作用(PCI)/燃料-包殼化學(xué)交互作用(FCCI) 3168.6　與冷卻介質(zhì)的化學(xué)相容性 3188.7　應(yīng)力腐蝕開裂 3208.7.1　BWR.中的.SCC 3208.7.2　PWR.中的.IGSCC 3208.8　水環(huán)境和輻照的綜合作用 3238.8.1　輻照加速應(yīng)力腐蝕開裂 3238.8.2　輻照加速腐蝕 3298.8.3　腐蝕疲勞 3298.8.4　氫脆 3318.8.5　斷裂韌性 3328.9　總結(jié)與展望 334參考文獻(xiàn) 337擴(kuò)展閱讀 348第9章 鎳基合金在反應(yīng)堆堆內(nèi)構(gòu)件和蒸汽發(fā)生器中的應(yīng)用 3499.1　概述 3509.2　物理冶金 3519.3　熱機(jī)械處理 3559.4　連接 3569.5　力學(xué)性能 3589.6　斷裂模式 3599.7　形變機(jī)制（屈服應(yīng)力和蠕變強(qiáng)度） 3619.8　應(yīng)力腐蝕開裂 3649.9　第四代反應(yīng)堆用鎳基合金 3669.10　與冷卻劑的化學(xué)相容性 3679.11　鎳基合金的輻照損傷和氣體產(chǎn)生 3689.12　鎳基合金的輻照硬化/軟化和塑性損失 3759.12.1　CANDU.反應(yīng)堆 3769.12.2　輕水反應(yīng)堆 3809.12.3　快堆 3819.12.4　質(zhì)子輻照設(shè)施 3829.12.5　離子輻照設(shè)施 3879.13　氫脆 3879.14　氦脆 3889.15　點(diǎn)缺陷 3919.16　輻照蠕變和應(yīng)力弛豫 3939.17　疲勞和蠕變疲勞 3959.17.1　疲勞 3959.17.2　蠕變-疲勞變形 3969.18　總結(jié) 397致謝 398參考文獻(xiàn) 398第10章 低合金鋼 40910.1　低合金鋼的成分、制造和性能 41010.1.1　低合金鋼類型和成分 41010.1.2　LWR.的設(shè)計(jì)和制造 41410.1.3　微觀組織和性能 42010.2　低合金鋼的主要應(yīng)用 42410.2.1　反應(yīng)堆壓力容器 42410.2.2　其他壓力容器 42510.2.3　管道 42510.3　性能 42710.3.1　監(jiān)管法規(guī)和結(jié)構(gòu)完整性評(píng)估（SIA） 42710.3.2　服役退化 43410.3.3　其他性能問題 46210.4　目前發(fā)展和未來展望 46310.4.1　改進(jìn)的全壽命韌性預(yù)測(cè) 46310.4.2　改進(jìn)的材料 46510.4.3　其他問題 466參考文獻(xiàn) 466第11章 鐵素體和回火馬氏體鋼 48211.1　鐵素體/馬氏體鋼發(fā)展歷史簡述：成分與組成 48211.2　鐵素體/馬氏體鋼在第四代核能系統(tǒng)和聚變堆中的應(yīng)用 48511.3　環(huán)境促進(jìn)開裂 48611.4　與液態(tài)金屬冷卻劑的相容性 48711.5　輻照硬化和軟化、脆化、疲勞和熱蠕變 49011.5.1　輻照硬化和軟化 49111.5.2　輻照脆化-快速斷裂 49711.5.3　疲勞 50211.5.4　熱蠕變 50411.6　氦效應(yīng) 50511.7　空洞腫脹和輻照蠕變 50811.7.1　空洞腫脹 50811.7.2　輻照蠕變 51011.8　提高性能的未來展望 512參考文獻(xiàn) 513第12章 納米氧化物彌散強(qiáng)化鋼 52512.1　概述 52612.2　氧化物彌散強(qiáng)化（ODS）合金簡史 52812.3　核用納米氧化物彌散強(qiáng)化（NODS）鐵基合金的一些關(guān)鍵特性概述 52912.3.1　未輻照合金的力學(xué)性能 52912.3.2　合金穩(wěn)定性與輻照效應(yīng)綜述 53012.3.3　空洞腫脹和氦效應(yīng) 53112.3.4　其他納米氧化物強(qiáng)化（NODS）問題 53212.4　納米結(jié)構(gòu)鐵素體合金（NFA）和納米結(jié)構(gòu)回火馬氏體鋼（NMS）的成分和制備工藝概述 53212.4.1　合金成分、相圖和相變過程 53212.4.2　預(yù)固結(jié)處理 53412.4.3　致密化 53612.4.4　變形加工與管材制備 53712.4.5　變形過程中的織構(gòu)和損傷機(jī)制 53812.4.6　焊接 54012.4.7　可選用的成分和加工工藝 54212.4.8　加工和制造小結(jié) 54212.5　納米氧化物（NO）的特點(diǎn)和功能 54212.5.1　納米氧化物（NO）統(tǒng)計(jì)資料 54212.5.2　納米氧化物（NO）的性質(zhì) 54412.5.3　納米氧化物（NO）功能和與氦（He）的相互作用 54512.5.4　小結(jié) 54712.6　力學(xué)性能 54712.6.1　靜態(tài)拉伸強(qiáng)度和塑性 54712.6.2　蠕變 54912.6.3　快速斷裂和疲勞 55112.7　熱老化與輻照效應(yīng) 55412.7.1　熱老化效應(yīng) 55512.7.2　輻照對(duì)微觀結(jié)構(gòu)的影響概述 55712.7.3　納米氧化物的輻照穩(wěn)定性 55712.7.4　位錯(cuò)環(huán) 55812.7.5　溶質(zhì)偏聚、聚集和析出 55912.7.6　空穴和腫脹 56112.7.7　輻照對(duì)強(qiáng)度和韌性的影響 56512.7.8　輻照對(duì)其他性能的影響 56712.7.9　熱老化與輻照效應(yīng)總結(jié) 56712.8　建模 56712.9　未來展望 569參考文獻(xiàn) 570第13章 難熔合金：釩、鈮、鉬、鎢 58413.1　引言 58513.2　難熔合金生產(chǎn)的實(shí)際路線 58613.2.1　釩 58613.2.2　鈮 58913.2.3　核級(jí)鉬的制造 59013.2.4　鎢和鎢合金生產(chǎn)流程 59413.3　加工態(tài)力學(xué)性能 59813.3.1　釩 59813.3.2　鈮的加工態(tài)力學(xué)性能 60413.3.3　鉬的加工態(tài)力學(xué)性能 60513.3.4　鎢的加工態(tài)力學(xué)性能 60813.4　輻照后的力學(xué)性能 61113.4.1　釩輻照后的力學(xué)性能 61113.4.2　鈮輻照后的力學(xué)性能 61813.4.3　鉬輻照后的力學(xué)性能 62113.4.4　鎢輻照后的力學(xué)性能 62513.4.5　總結(jié)與結(jié)論 628參考文獻(xiàn) 630索引 639