壓(ya)(ya)力(li)容器是核電廠(chang)運(yun)行(xing)中的(de)(de)關鍵設備之(zhi)(zhi)一(yi)，是防止(zhi)放射性泄漏的(de)(de)重要屏障之(zhi)(zhi)一(yi)。對壓(ya)(ya)力(li)容器的(de)(de)鋼來說，如(ru)下幾種與老化(hua)相關的(de)(de)機(ji)械性能的(de)(de)退(tui)化(hua)機(ji)制導(dao)致了在長期(qi)運(yun)行(xing)過(guo)程中的(de)(de)安全(quan)隱(yin)患：輻照(zhao)脆化(hua)、熱時(shi)效、高溫(wen)脆化(hua)、疲(pi)勞、輻照(zhao)促進腐蝕等(deng)。
A）輻(fu)照脆化
其中最為重要的(de)(de)退化機制是輻(fu)照脆化。許多研究表明壓(ya)力容器鋼在反應堆中子輻(fu)照環(huan)境中，韌-脆轉變溫度（DBTT）隨著輻(fu)照而(er)升高(gao)，使得(de)材料容易發生(sheng)脆性斷裂，影響整個核電(dian)廠的(de)(de)安全(quan)運(yun)行。并且(qie)，由于(yu)堆型的(de)(de)不(bu)同，對(dui)壓(ya)力容器鋼的(de)(de)性能要求也(ye)不(bu)同。
B）輻照脆(cui)化(hua)機制
最重要(yao)的(de)(de)脆化(hua)機(ji)制是(shi)由輻照引(yin)(yin)起的(de)(de)納(na)米級(ji)的(de)(de)結構(gou)位錯(cuo)引(yin)(yin)起的(de)(de)。其過程主要(yao)包括（a）在級(ji)聯過程中點陣缺(que)(que)(que)陷(xian)的(de)(de)形成(cheng)；（b）缺(que)(que)(que)陷(xian)的(de)(de)遷(qian)移及(ji)其導(dao)致(zhi)的(de)(de)溶質原子(zi)的(de)(de)擴(kuo)散加速形成(cheng)團(tuan)簇(cu)等缺(que)(que)(que)陷(xian)團(tuan)聚；（c）這些納(na)米級(ji)缺(que)(que)(que)陷(xian)引(yin)(yin)起的(de)(de)位錯(cuo)釘扎；（d）穿(chuan)晶裂紋；（e）應(ying)力集(ji)中；硬化(hua)引(yin)(yin)起的(de)(de)韌-脆轉變溫度（DBTT）升高。
在(zai)反應堆環境中(zhong)，中(zhong)子(zi)(zi)(zi)與點(dian)(dian)陣(zhen)(zhen)原(yuan)子(zi)(zi)(zi)的(de)相(xiang)互(hu)作用不但產生間隙-空(kong)位對(dui)(dui)（一對(dui)(dui)Frenkel缺陷），若初級(ji)(ji)離(li)(li)位原(yuan)子(zi)(zi)(zi)的(de)能量足夠大，將繼(ji)續在(zai)點(dian)(dian)陣(zhen)(zhen)中(zhong)與其(qi)他原(yuan)子(zi)(zi)(zi)發生碰(peng)撞(zhuang)(zhuang)并使其(qi)離(li)(li)開點(dian)(dian)陣(zhen)(zhen)位置，稱后(hou)者(zhe)為二級(ji)(ji)碰(peng)撞(zhuang)(zhuang)原(yuan)子(zi)(zi)(zi)。當(dang)二級(ji)(ji)碰(peng)撞(zhuang)(zhuang)原(yuan)子(zi)(zi)(zi)能量足夠大時發生三級(ji)(ji)碰(peng)撞(zhuang)(zhuang)。以(yi)此類推，形成一個“級(ji)(ji)聯碰(peng)撞(zhuang)(zhuang)”過程。在(zai)這個過程中(zhong)形成的(de)大部(bu)分間隙原(yuan)子(zi)(zi)(zi)及空(kong)位都會迅速復合，而有一小部(bu)分會結合形成缺(que)陷。
在(zai)壓力容器(qi)環境下，這些缺陷還(huan)可以(yi)擴散較長距離。在(zai)擴散過程當中(zhong)，這些間隙、空位及其(qi)他雜(za)質原子重新結合或被陷阱俘獲，稱為“點陣(zhen)損傷”。
同(tong)時(shi)(shi)，空位及(ji)間隙的(de)增多(duo)也(ye)會(hui)(hui)(hui)大(da)大(da)提高溶(rong)質原(yuan)子(zi)的(de)遷(qian)移(yi)率，使得Cu原(yuan)子(zi)的(de)析(xi)出率大(da)大(da)提高。原(yuan)因(yin)是Fe-Cu二元系(xi)為互不溶(rong)體(ti)(ti)系(xi)，在(zai)(zai)(zai)300℃左右Cu的(de)溶(rong)解度(du)小于(yu)0.01%，該值遠小于(yu)鋼中Cu含量。Cu原(yuan)子(zi)可以遷(qian)移(yi)到空位，通(tong)過與空位交(jiao)換位置進行遷(qian)移(yi)，當兩個Cu原(yuan)子(zi)相遇時(shi)(shi)會(hui)(hui)(hui)結合在(zai)(zai)(zai)一起，這些與基(ji)體(ti)(ti)共(gong)格的(de)Cu沉(chen)淀增大(da)到一定大(da)小時(shi)(shi)，會(hui)(hui)(hui)脫(tuo)離基(ji)體(ti)(ti)，形(xing)成(cheng)非(fei)共(gong)格沉(chen)淀。許(xu)多(duo)研究(jiu)表(biao)明(ming)，在(zai)(zai)(zai)BCC鐵(tie)基(ji)體(ti)(ti)中，Cu的(de)結構(gou)變化是BCC→9R→FCC。在(zai)(zai)(zai)鋼中形(xing)成(cheng)許(xu)多(duo)納米級的(de)富(fu)Cu沉(chen)淀相。與此(ci)同(tong)時(shi)(shi)，Ni、Mn、Si、P等溶(rong)質及(ji)雜(za)(za)質也(ye)會(hui)(hui)(hui)富(fu)集在(zai)(zai)(zai)Cu周圍形(xing)成(cheng)沉(chen)淀。最近(jin)的(de)研究(jiu)也(ye)表(biao)明(ming)，在(zai)(zai)(zai)幾(ji)乎(hu)不含Cu的(de)鋼中，也(ye)存在(zai)(zai)(zai)由(you)Mn、Ni等雜(za)(za)質富(fu)集形(xing)成(cheng)的(de)團簇。富(fu)Cu沉(chen)淀是輻照脆化產(chan)生的(de)最重要(yao)的(de)因(yin)素。
輻(fu)照增強擴散除了促進富(fu)(fu)Cu沉(chen)(chen)淀(dian)(dian)(dian)形(xing)(xing)成之外(wai)，還(huan)可能導致其(qi)他溶(rong)質，如Ni、Mn、Si等的(de)(de)原(yuan)子(zi)形(xing)(xing)成團簇(cu)。原(yuan)因是這些原(yuan)子(zi)在(zai)(zai)團簇(cu)中(zhong)(zhong)的(de)(de)能量比在(zai)(zai)基體中(zhong)(zhong)更低。其(qi)中(zhong)(zhong)，Ni對輻(fu)照脆(cui)化有(you)著(zhu)非常(chang)重(zhong)要的(de)(de)影(ying)響，但機(ji)理迄今為止仍不明確。其(qi)中(zhong)(zhong)一個機(ji)制是，Ni在(zai)(zai)低Cu或者不含Cu的(de)(de)鋼中(zhong)(zhong)會形(xing)(xing)成鎳錳沉(chen)(chen)淀(dian)(dian)(dian)，另(ling)外(wai)一種機(ji)制是Ni在(zai)(zai)富(fu)(fu)Cu沉(chen)(chen)淀(dian)(dian)(dian)外(wai)圍(wei)富(fu)(fu)集降(jiang)低其(qi)表(biao)面能，從而(er)使(shi)得(de)沉(chen)(chen)淀(dian)(dian)(dian)更穩定。許多研究(jiu)也表(biao)明，Mn對輻(fu)照脆(cui)化的(de)(de)影(ying)響很大。在(zai)(zai)同樣Ni含量的(de)(de)合金中(zhong)(zhong)，含Mn的(de)(de)鋼材(cai)料在(zai)(zai)輻(fu)照后(hou)的(de)(de)脆(cui)化現象嚴重(zhong)得(de)多。
納米級的(de)缺(que)陷成為阻(zu)礙(ai)位錯移動的(de)因(yin)素，致使鋼的(de)塑性變形應力提(ti)(ti)高。而最重要的(de)輻照脆化(hua)機制就(jiu)是屈服(fu)強度(du)(du)的(de)提(ti)(ti)高（△σy）。在含Cu鋼中主要的(de)納米結(jie)(jie)(jie)(jie)構是富Cu-Mn-Ni團(tuan)(tuan)簇及某些富Mn、Ni團(tuan)(tuan)簇；在無Cu鋼中主要的(de)納米結(jie)(jie)(jie)(jie)構為點缺(que)陷、位錯環及其(qi)他小尺寸沉淀等(deng)。由某種(zhong)結(jie)(jie)(jie)(jie)構的(de)納米結(jie)(jie)(jie)(jie)構引起的(de)屈服(fu)強度(du)(du)的(de)提(ti)(ti)高可由下(xia)表示。由其(qi)可見(jian)，某種(zhong)結(jie)(jie)(jie)(jie)構j對屈服(fu)強度(du)(du)的(de)提(ti)(ti)高取(qu)決于其(qi)半徑rj、數(shu)(shu)量密(mi)度(du)(du)Nj、體積分(fen)數(shu)(shu)fj及強化(hua)因(yin)子αj。
式(shi)中，TF是(shi)泰(tai)勒因子，約(yue)(yue)等于3；u為Fe的(de)剪(jian)切模量(liang)，約(yue)(yue)等于80GPa；b是(shi)柏氏(shi)矢量(liang)，約(yue)(yue)等于0.248nm。強化因子αj因不同種類的(de)納米結構而異。
當(dang)屈服強度(du)σy足(zu)夠大時，裂紋尖端的應力集中達到某(mou)個極(ji)限σ*時發生斷(duan)裂。由于(yu)σy隨著(zhu)溫度(du)的增(zeng)加而減少(shao)，塑(su)-脆轉變在滿足(zu)下式時發生。
式中(zhong)，M是常數。沉淀及(ji)富集引起的脆(cui)化中(zhong)，σy增大，使(shi)得滿足下式時發(fa)生轉變，即(ji)塑-脆(cui)轉變溫度升(sheng)高。
在某些鋼中，P在晶(jing)界的(de)(de)富集(ji)可能導(dao)致(zhi)晶(jing)界的(de)(de)弱(ruo)化(hua)(hua)(hua)，使(shi)得容易在晶(jing)界產生初級裂紋(wen)。這并不導(dao)致(zhi)材料硬度(du)的(de)(de)增加，因此(ci)被(bei)稱為非硬化(hua)(hua)(hua)脆(cui)化(hua)(hua)(hua)。這樣(yang)的(de)(de)脆(cui)化(hua)(hua)(hua)會引起(qi)晶(jing)界裂紋(wen)而(er)不是穿晶(jing)裂紋(wen)。P的(de)(de)富集(ji)是減(jian)小σ *，致(zhi)使(shi)塑-脆(cui)轉變溫度(du)升高但(dan)并不會引起(qi)強度(du)變化(hua)(hua)(hua)。P在晶(jing)界的(de)(de)富集(ji)在很多(duo)研究中發現，但(dan)是由其導(dao)致(zhi)晶(jing)界裂紋(wen)的(de)(de)證據尚不很充足。
C） 高強(qiang)度低合金鋼大型鍛件中的氫脆現(xian)象
鋼中的(de)(de)(de)氫是(shi)一種有害但又難以完全避免的(de)(de)(de)雜(za)質元素(su)，它對(dui)鋼的(de)(de)(de)危害主(zhu)要是(shi)引起鍛件(jian)塑(su)性、韌性的(de)(de)(de)降(jiang)低，嚴重時會導(dao)致(zhi)鍛件(jian)中出現(xian)白點(dian)（氫致(zhi)發(fa)裂(lie)），造成(cheng)整個鍛件(jian)的(de)(de)(de)報廢，這種現(xian)象被稱(cheng)為氫脆，一般認為氫對(dui)高強度低合(he)金(jin)鋼的(de)(de)(de)影響最為顯著。
鋼中的氫(qing)脆(cui)屬(shu)于應(ying)變時(shi)效型脆(cui)化，也(ye)稱為滯后(hou)破壞，表現為在(zai)應(ying)力作(zuo)用一段(duan)時(shi)間后(hou)鋼發(fa)生(sheng)毫(hao)無征兆的脆(cui)斷，斷口(kou)較平滑，大多數情況下(xia)(xia)為沿晶斷裂。在(zai)腐蝕及輻照的聯合作(zuo)用下(xia)(xia)，氫(qing)脆(cui)更容(rong)易發(fa)生(sheng)。需(xu)要通過原料的精選、真空(kong)冶煉、合適的加工(gong)熱(re)處理加以防范(fan)。
結語：目(mu)前對于反應堆壓力容(rong)器鋼的輻照特性已(yi)經有(you)相(xiang)當(dang)成熟的理論模型和實測數(shu)據(ju)。壓力容(rong)器鋼輻照后的DBTT也是決(jue)定(ding)核電廠是否(fou)可以(yi)延壽(shou)的主要指標之一。這是因(yin)為大多數(shu)的核電廠，除了(le)(le)反應堆的壓力容(rong)器外(wai)，其他部件都是可以(yi)更換的，就好(hao)比一輛汽車，除了(le)(le)發動機以(yi)外(wai)，都是可以(yi)通過換新保養維持(chi)在一個(ge)很(hen)好(hao)的狀態的。而如(ru)果發動機不行了(le)(le)，那一般就直(zhi)接(jie)報廢了(le)(le)。
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