Fe-Mn-Ni-Si四元合金中輻照缺陷對輻照硬化的貢獻

薛晶，胡蓉，薛飛，沙剛

（1.南京理工大學 材料科學與工程系/格萊特納米科技研究所，南京 210094；2.蘇州熱工研究院有限公司，江蘇 蘇州 215004）

使用核能發電是解決人類社會能源短缺問題的手段之一。由于核電站中的各種金屬結構材料都受到中子輻照的影響，材料會發生性能的衰退，比如產生輻照硬化、脆化等現象。通常，輻照后在基體中產生的團簇、位錯環等基體缺陷會阻礙位錯的運動，這是產生輻照硬化的主要原因之一。因此，理解輻照缺陷對于輻照硬化的貢獻，有助于進一步改進核材料的設計和推測核材料的性能變化。

目前我國使用的壓力容器鋼（A508-3）性能優異，但受到中子輻照或者離子輻照后，依舊會在基體中產生MnNiSi團簇及位錯環，發生輻照硬化現象。為了更好地理解壓力容器鋼中輻照硬化的來源，本研究使用Fe-Mn-Ni-Si四元合金在350 ℃下進行輻照，隨后采用三維原子探針和透射電鏡進行微觀結構表征，采用納米壓痕硬度儀測試輻照前后的硬度值，同時利用Dispersed Barrier Hardening Model對團簇及位錯環產生的硬度增量進行估算，以研究不同缺陷對于輻照硬化的貢獻。

1 實驗材料及方法

實驗采用Fe-1.35Mn-0.75Ni-0.2Si（質量分數）合金。合金在1480 ℃下進行熔煉，1500 ℃下完成澆注，并在1150 ℃進行熱鍛，終鍛溫度為900 ℃，鍛造比為70。通過線切割，將樣品切成6×4×1 mm的小薄片，用砂紙打磨至4000#后，采用OPS懸浮液進行最終拋光。隨后使用硝酸酒精進行腐蝕，暴露晶界，經統計發現，晶粒尺寸為(30±4) μm。

離子輻照實驗在中國科學院近代物理研究所320 kV平臺上進行。……