Fe-Cr合金晶界偏析及輻照加速晶界偏析的相場模擬*

楊朝曦 柳文波? 張璁雨 賀新福孫正陽 賈麗霞 師田田 惲迪

1) (西安交通大學核科學與技術學院， 西安 710049)

2) (清華大學材料學院， 北京 100084)

3) (中國原子能科學研究院， 北京 102413)

基于WBM相場模型對熱力學條件和輻照條件下Fe-Cr合金晶界處Cr元素偏析行為進行了模擬.模擬結果表明溫度對Fe-Cr合金晶界處Cr元素的偏析有很大影響: 當溫度低于500 ℃時， 晶界處的偏析量很小;而當溫度高于500 ℃時晶界處的偏析量增加明顯.基體中Cr元素含量對晶界Cr元素的相對偏析量也有顯著影響: 隨著基體中Cr元素含量的增加， 相同模擬條件下晶界處Cr元素的相對濃度增量降低.輻照條件下，晶界處Cr元素的相對偏析量比熱力學條件下的相對偏析量有明顯增加; 隨著輻照劑量率的提高， 晶界中心處Cr元素濃度增量變大; 相同輻照條件下， 隨著Cr元素含量的增加， 晶界處Cr元素的相對濃度增量也降低.

1 引 言

鐵素體/馬氏體(F/M)鋼由于具有優于奧氏體鋼的抗輻照腫脹和抗蠕變斷裂等綜合性能， 是一種非常有應用前景的先進核能系統候選材料[1-3]，例如鈉冷快堆的燃料包殼材料、四代堆的壓力容器材料和聚變堆的結構材料等[4].F/M鋼主要是Fe-Cr系的合金， 其中Cr的原子百分比大約為7%—15%.研究表明， 晶界是析出相形核長大的有利位置[5]， 而F/M鋼在晶界處常常會發現Cr元素的輻照誘導偏析(RIS): 晶界處Cr的富集會增加沉淀，從而導致材料的脆化; 而晶界處Cr的耗盡可能會極大地弱化晶界的耐腐蝕性[6].實際上， 在熱力學條件下， Fe-Cr合金中……