ODS钢FSW焊接接头的辐照损伤机理研究

Oxide-dispersion-strengthened (ODS) steels have been identified as a promising candidate structural material for fusion reactor blanket because of their excellent high-temperature creep properties, tolerance to high-does radiation, high thermo-conductivity and low expansion coefficient etc. Irradiation stability of the ODS steel joints is very important for the wide applications of the ODS steels in fusion energy reactor. Up to now, there were few reports focused on it. In this proposal, friction stir welded joints of ODS steels will be irradiated with high-energy particles. Radiation stability of the high-number-density oxide nanoclusters and evaluation of the irradiation-introduced defects in the welding joints of the ODS steel will be characterized. In addition, the mechanism of grain boundaries, interfaces, pre-existed defects and residual stress interacted with irradiation-introduced defects will be discussed in detail. The irradiation effects on hardness and residual stress of the joints will also be studied. Radiation damage mechanism of the friction stir welded ODS steel will be systematic investigated in order to improve the radiation resistance of the welding joints. This study will provide the theoretical fundamental and test basis for further exploitations of the ODS steels for fusion energy reactor.

氧化物弥散强化钢（ODS钢）由于具有出色的抗高温蠕变性能、良好的抗辐照肿胀性能以及具有高导热率、低膨胀系数等优点，可用于核聚变反应堆的包层结构材料而备受关注。ODS钢焊接接头的辐照稳定性对ODS钢在核聚变领域的广泛应用来说至关重要。截止目前，关于ODS钢焊接接头辐照损伤效应的报道非常有限。本项目拟采用高能粒子束辐照搅拌摩擦焊（FSW）技术焊接的ODS钢焊接接头，系统研究接头不同区域中纳米氧化物颗粒的辐照稳定性以及辐照引入缺陷的变化规律，探讨接头处不同区域晶界、界面、已存在缺陷、应力等与辐照引入缺陷的相互作用机制，分析接头不同区域的应力及硬度的辐照演化规律。希望研究清楚接头在辐照条件下演化行为及损伤机制，为提高ODS钢FSW焊接接头的抗辐照性能提供理论依据。本项目的研究将为ODS钢在核聚变反应堆领域的应用提供重要的实验支撑和理论基础。

氧化物弥散强化钢（ODS钢）由于具有出色的抗高温蠕变性能、良好的抗辐照肿胀性能以及具有高导热率、低膨胀系数等优点，可用于核聚变反应堆的包层结构材料而备受关注。ODS钢焊接接头的辐照稳定性对ODS钢在核聚变领域的广泛应用来说至关重要。截止目前，关于ODS钢焊接接头辐照损伤效应的报道非常有限。本项目探讨了不同烧结温度、正火温度、正火时间和退火温度下对9Cr-ODS钢微观组织及力学性能的影响规律，获得了9Cr-ODS钢的最佳制备工艺。此外，还成功地通过正火时间来调控纳米结构9Cr-ODS钢中析出相的尺寸。分别采用优化的FSW技术成功地焊接了9Cr-ODS钢、12Cr-ODS和ODS-Cu，均获得了无缺陷的焊接组织。在SZ区获得了细晶组织，硬度高于母材；不同体系的FSW焊接接头均为压应力。采用1.4 MeV的Au离子在不同剂量下室温辐照，发现基体中高密度的界面可以有效地吸收辐照缺陷，从而提高了材料的抗辐照性。辐照后基体中的纳米氧化物颗粒的平均尺寸变小。采用高能Au粒子束在高温下辐照ODS钢FSW焊接接头，系统研究了接头不同区域中纳米氧化物颗粒的辐照稳定性以及辐照引入缺陷的变化规律，发现BM区和HAZ区均产生了空洞，由于HAZ区中晶粒尺寸偏大和位错密度偏低，使得该区产生的空洞数密度最大，造成的辐照硬化率也最高。SZ区由于具有高密度的晶界和位错，使空洞难以在该区形成，同时由于高温辐照作用的影响，使得位错在一定程度上得以回复，该区辐照后硬度降低。本项目研究清楚了接头处不同区域晶界、界面、已存在缺陷、应力等与辐照引入缺陷的相互作用机制，以及接头在辐照条件下演化行为及损伤机制，提出了提高ODS钢FSW焊接接头的抗辐照性能的理论依据。本项目的研究为ODS钢在核反应堆领域的应用提供了重要的实验支撑和理论基础。