核能用結構合金

第1章 水冷裂變反應堆中結構材料綜述 11.1　引言 11.2　輕水反應堆環(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　輕水反應堆用關鍵結構材料綜述 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 19第2章 第四代裂變核反應堆系統(tǒng)和結構材料運行環(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）——總體設計與應用 232.2.2　鉛冷快堆（LFR） 292.3　氦冷堆 352.3.1　超高溫反應堆（VHTR） 352.3.2　氣冷快堆 382.4　其他第四代裂變反應堆系統(tǒng) 392.4.1　熔鹽燃料反應堆（MSR） 392.4.2　熔鹽冷卻反應堆 412.4.3　超臨界水冷反應堆（SCWR） 422.4.4　總結 44參考文獻 44第3章 聚變核反應堆系統(tǒng)和結構材料運行環(huán)境綜述 503.1　引言 513.2　基礎物理學概述 513.2.1　聚變反應周圍材料的中子和熱負荷 533.3　核聚變環(huán)境中材料退化的基礎 543.3.1　與裂變環(huán)境的比較 563.4　MCF.和.ICF.概念型設計的概述 583.4.1　MCF.概念型電廠設計 593.4.2　ICF.概念型電廠設計 623.5　第一壁/包覆層結構材料的選擇 643.5.1　RAF/M.鋼 643.5.2　納米結構鐵素體合金 693.5.3　釩合金 713.5.4　連續(xù).SiC.纖維增強.SiC.陶瓷基復合材料 733.5.5　氦在聚變結構材料中的作用 753.6　偏濾器/限幅器應用材料 803.6.1　鎢及鎢合金 803.6.2　碳纖維復合材料 843.6.3　液壁 863.7　真空容器（VV）材料 873.8　磁性結構材料 89參考文獻 90第4章 微觀結構、力學性能及計算熱力學研究工具 984.1　簡介 994.1.1　背景 994.1.2　輻照材料表征 1014.2　微觀結構工具 1024.2.1　輻照誘導微觀結構 1024.2.2　微觀結構工具 1044.2.3　電子顯微學 1054.2.4　原子探針層析技術 1114.2.5　中子小角散射（SANS） 1194.2.6　基于正電子湮沒譜學的技術 1234.2.7　微結構技術小結 1274.3　基于小尺寸試樣測試輻照材料的力學性能 1274.3.1　引言 1274.3.2　小尺寸試樣拉伸測試 1284.3.3　顯微硬度測試 1304.3.4　輻照脆化實驗：轉變溫度移位與斷裂韌性 1314.3.5　輻照硬化-脆化關系 1354.3.6　納米尺度下的力學測試數(shù)據(jù) 1354.3.7　小結 1364.4　計算合金設計與優(yōu)化 1374.4.1　引言 1374.4.2　合金優(yōu)化 1374.4.3　合金選擇與設計 1394.4.4　動力學和力學性能模擬 1404.4.5　小結 141參考文獻 141第5章 反應堆用結構合金中的輻照及熱機械退化效應 1615.1　概述 1625.2　熱機械性能退化過程 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　與輻照劑量相關的低溫輻照硬化和塑性降低 1715.3.2　與溫度相關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)相和微量化學變化 1755.4.1　非晶化 1765.4.2　輻照增強和誘發(fā)偏聚（及析出） 1775.5　輻照改性和應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　結論 194致謝 195參考文獻 195第6章 當代和下一代核反應堆的腐蝕問題 2116.1　核反應堆系統(tǒng)的腐蝕 2126.1.1　腐蝕類型 2126.1.2　核反應堆系統(tǒng)的運行條件 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 240擴展閱讀 245第7章 輕水堆燃料包殼和堆芯構件用鋯合金 2477.1 鋯合金概述 2487.2 制造和微觀結構 2517.2.1　概述 2517.2.2　晶格結構及第二相粒子 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 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 2597.3.5　BWR.冷卻劑化學 2607.3.6　嚴重腐蝕和積垢引起的燃料組件破壞 2617.4 氫化和機械完整性 2627.4.1　概述 2627.4.2　氫化對未輻照合金力學性能的影響 2627.4.3　氫化對輻照力學性能的影響 2647.4.4　氫化物對事故后瞬態(tài)力學性能的影響 2697.5 輻照效應 2697.5.1　概述 2697.5.2　輻照對耐蝕性的影響 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 破壞機制 2747.6.1　概述 2747.6.2　碎片磨損 2757.6.3　格架-燃料棒微動磨損（GTRF） 2767.6.4　芯塊-包殼力學相互作用（PCMI） 2767.6.5　芯塊-包殼相互作用-應力腐蝕開裂(PCI-SCC) 2777.6.6　不常見的破壞機制 2787.7 總結 279參考文獻 281第8章 奧氏體不銹鋼 2908.1　概述 2918.2　在輕水反應堆和第四代反應堆中的應用 2928.2.1　輕水反應堆 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　位錯顯微結構 2998.3.3　相穩(wěn)定性 3008.3.4　嬗變 3028.4　輻照誘發(fā)的力學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　堆內蠕變性能 3148.5　裂變燃料芯塊-包殼交互作用(PCI)/燃料-包殼化學交互作用(FCCI) 3168.6　與冷卻介質的化學相容性 3188.7　應力腐蝕開裂 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　總結與展望 334參考文獻 337擴展閱讀 348第9章 鎳基合金在反應堆堆內構件和蒸汽發(fā)生器中的應用 3499.1　概述 3509.2　物理冶金 3519.3　熱機械處理 3559.4　連接 3569.5　力學性能 3589.6　斷裂模式 3599.7　形變機制（屈服應力和蠕變強度） 3619.8　應力腐蝕開裂 3649.9　第四代反應堆用鎳基合金 3669.10　與冷卻劑的化學相容性 3679.11　鎳基合金的輻照損傷和氣體產生 3689.12　鎳基合金的輻照硬化/軟化和塑性損失 3759.12.1　CANDU.反應堆 3769.12.2　輕水反應堆 3809.12.3　快堆 3819.12.4　質子輻照設施 3829.12.5　離子輻照設施 3879.13　氫脆 3879.14　氦脆 3889.15　點缺陷 3919.16　輻照蠕變和應力弛豫 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 397致謝 398參考文獻 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.的設計和制造 41410.1.3　微觀組織和性能 42010.2　低合金鋼的主要應用 42410.2.1　反應堆壓力容器 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)和結構完整性評估（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　改進的全壽命韌性預測 46310.4.2　改進的材料 46510.4.3　其他問題 466參考文獻 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)和聚變堆中的應用 48511.3　環(huán)境促進開裂 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 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 513第12章 納米氧化物彌散強化鋼 52512.1　概述 52612.2　氧化物彌散強化（ODS）合金簡史 52812.3　核用納米氧化物彌散強化（NODS）鐵基合金的一些關鍵特性概述 52912.3.1　未輻照合金的力學性能 52912.3.2　合金穩(wěn)定性與輻照效應綜述 53012.3.3　空洞腫脹和氦效應 53112.3.4　其他納米氧化物強化（NODS）問題 53212.4　納米結構鐵素體合金（NFA）和納米結構回火馬氏體鋼（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　預固結處理 53412.4.3　致密化 53612.4.4　變形加工與管材制備 53712.4.5　變形過程中的織構和損傷機制 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 54212.5　納米氧化物（NO）的特點和功能 54212.5.1　納米氧化物（NO）統(tǒng)計資料 54212.5.2　納米氧化物（NO）的性質 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 54712.6　力學性能 54712.6.1　靜態(tài)拉伸強度和塑性 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 55412.7.1　熱老化效應 55512.7.2　輻照對微觀結構的影響概述 55712.7.3　納米氧化物的輻照穩(wěn)定性 55712.7.4　位錯環(huán) 55812.7.5　溶質偏聚、聚集和析出 55912.7.6　空穴和腫脹 56112.7.7　輻照對強度和韌性的影響 56512.7.8　輻照對其他性能的影響 56712.7.9　熱老化與輻照效應總結 56712.8　建模 56712.9　未來展望 569參考文獻 570第13章 難熔合金：釩、鈮、鉬、鎢 58413.1　引言 58513.2　難熔合金生產的實際路線 58613.2.1　釩 58613.2.2　鈮 58913.2.3　核級鉬的制造 59013.2.4　鎢和鎢合金生產流程 59413.3　加工態(tài)力學性能 59813.3.1　釩 59813.3.2　鈮的加工態(tài)力學性能 60413.3.3　鉬的加工態(tài)力學性能 60513.3.4　鎢的加工態(tài)力學性能 60813.4　輻照后的力學性能 61113.4.1　釩輻照后的力學性能 61113.4.2　鈮輻照后的力學性能 61813.4.3　鉬輻照后的力學性能 62113.4.4　鎢輻照后的力學性能 62513.4.5　總結與結論 628參考文獻 630索引 639