一种消除辐照损伤商用压力容器钢中Ni-Mn-Si团簇的方法及产品

本发明属于核反应堆压力容器延寿，具体涉及一种消除辐照损伤商用压力容器钢中ni-mn-si团簇的方法及产品。

背景技术：

1、反应堆压力容器包含着堆芯所有部件并且同时在高温高压的环境下长期运行，并且在核电运行期间终生不可替换，所以保证反应堆压力容器的完整性和可靠性对整个反应堆的运行安全和使用寿命十分重要。核电压力容器内的材料受到长期辐射后，微观结构会发生变化，目前商用压力容器钢cu含量极低，辐照产生cu团簇极少，辐照主要产生的溶质原子团簇为ni-mn-si团簇。压力容器服役过程中辐照损伤产生的高数量密度ni-mn-si团簇是力学性能恶化的重要原因，辐照诱发ni-mn-si团簇的数量密度直接影响材料的力学性能。团簇形成会导致材料的力学性能严重恶化，导致核电站出现重大安全隐患。

2、现有修复核反应堆压力容器辐照损伤性能的方法是通过退火热处理(湿法和干法)。其中，专利(us5264056)公开了利用传热流体进行湿法退火；专利(us4708324)公开了通过外置热源向压力容器内表面施加热量的方式进行干法退火的装置。退火虽然可以提高核电压力容器的长期使用寿命，但是也存在一些限制和风险。例如，过度退火可能会导致材料变形和硬化，进一步降低容器的机械性能；此外，退火处理也需要考虑安全性和成本等方面的问题，这两种方法都存在着设备昂贵、操作复杂、周期长、工况温度高等缺点，并不符合当前工业绿色发展规划的要求。因此，迫切需要一种高效、节能、绿色的处理手段来快速修复经过辐照损伤压力容器钢的力学性能，以延长其服役寿命。

技术实现思路

1、为了克服现有技术存在的上述问题，本发明提供及一种消除辐照损伤商用压力容器钢中ni-mn-si团簇的方法及产品，用于解决现有技术中存在的上述问题。

2、一种消除辐照损伤商用压力容器钢中ni-mn-si团簇的方法，所述商用压力容器钢用于制造反应堆压力容器，所述方法包括步骤：

3、s1.选用含有ni-mn-si元素的商用压力容器钢，并进行辐照处理，得到辐照损伤商用压力容器钢样品；

4、s2.确定辐照损伤商用压力容器钢样品的ni-mn-si纳米团簇密度及样品尺寸，确定预施加的脉冲电流的相关参数；

5、s3.将辐照损伤商用压力容器钢样品连接脉冲电源，根据所述相关参数对所述样品施加脉冲电流。

6、如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述s1具体包括：

7、s11.以商用压力容器钢为原料，其中所述原料中ni含量为0.93％，mn含量为1.16％，si含量为0.32％，c含量0.17％，对原料进行锻造、预备热处理及性能热处理得到商用压力容器钢；

8、s12.对商用压力容器钢进行金离子辐照处理。

9、如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述s12具体包括：

10、将商用压力容器钢表面进行机械抛光打磨至镜面，随后置于串联加速器中进行离子辐照处理，注量为2.3e15 au2+/cm2，金离子能量为6mev，辐照温度为290℃，辐照处理后获得模拟服役损伤商业压力容器钢。

11、如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述s2中的相关参数包括：脉冲频率为1hz～1000hz，脉宽10μs～1ms，电流10a～3000a，作用时间1min～20h。

12、如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述ni-mn-si纳米团簇密度为1.0×1024m-3；样品尺寸分别20mm×5mm×1mm或20mm×10mm×1mm。

13、如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述脉冲电流参数选择为频率333hz，脉宽1ms，电流密度9a/mm2，作用时间30min。

14、如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述脉冲电流参数选择为频率333hz，脉宽1ms，电流密度14a/mm2，作用时间15min。

15、如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述脉冲电流参数选择为频率333hz，脉宽1ms，电流密度17.5a/mm2，作用时间10min。

16、如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，还包括步骤：s4.对经s3处理后的样品进行硬度检测，s5.对经s3处理后的样品通过三维原子探针技术进行表征。

17、本发明还提供了一种辐照损伤商用压力容器钢，采用所述的方法得到。

18、本发明的有益效果

19、与现有技术相比，本发明有如下有益效果：

20、脉冲电流作为一种瞬时高能的特殊处理手段可以快速降低辐照诱导ni-mn-si团簇的数量密度，从而恢复材料的力学性能。与传统退火工艺相比，本发明采用脉冲处理借助其额外电自由能作用加速团簇的元素交换达到消除团簇的目的，而非局限于焦耳热或温度影响。因此，脉冲电流处理所需工况温度低、时间短，可直接通过外接电源对辐照硬化压力容器进行“原位”处理，操作简单。本发明通过精确控制脉冲电流处理参数实现快速降低辐照诱导ni-mn-si团簇的数量密度并恢复力学性能，延长了压力容器服役寿命。本发明与现有的利用退火热处理恢复硬化压力容器性能的方法相比，可在不调整一回路冷却剂温度且不移动堆芯的情况下“原位”地对硬化压力容器进行处理，降低基体中ni-mn-si纳米团簇数量密度，最大程度地快速恢复硬化压力容器力学性能。本发明不需额外设置热源辅助，所需时间短，可大大降低能源消耗，符合当前工业绿色发展规划的要求。

技术特征：

1.一种消除辐照损伤商用压力容器钢中ni-mn-si团簇的方法，其特征在于，所述商用压力容器钢用于制造反应堆压力容器，所述方法包括步骤：

2.根据权利要求1所述的消除辐照损伤商用压力容器钢中ni-mn-si团簇的方法，其特征在于，所述s1具体包括：

3.根据权利要求2所述的消除辐照损伤商用压力容器钢中ni-mn-si团簇的方法，其特征在于，所述s12具体包括：

4.根据权利要求1或2所述的消除辐照损伤商用压力容器钢中ni-mn-si团簇的方法，其特征在于，所述s2中的相关参数包括：脉冲频率为1hz～1000hz，脉宽10μs～1ms，电流10a～3000a，作用时间1min～20h。

5.根据权利要求3所述的消除辐照损伤商用压力容器钢中ni-mn-si团簇的方法，其特征在于，所述ni-mn-si纳米团簇密度为1.0×1024m-3；样品尺寸分别20mm×5mm×1mm或20mm×10mm×1mm。

6.根据权利要求5所述的消除辐照损伤商用压力容器钢中ni-mn-si团簇的方法，其特征在于，所述脉冲电流参数选择为频率333hz，脉宽1ms，电流密度9a/mm2，作用时间30min。

7.根据权利要求5所述的消除辐照损伤商用压力容器钢中ni-mn-si团簇的方法，其特征在于，所述脉冲电流参数选择为频率333hz，脉宽1ms，电流密度14a/mm2，作用时间15min。

8.根据权利要求5所述的消除辐照损伤商用压力容器钢中ni-mn-si团簇的方法，其特征在于，所述脉冲电流参数选择为频率333hz，脉宽1ms，电流密度17.5a/mm2，作用时间10min。

9.根据权利要求3所述的消除辐照损伤商用压力容器钢中ni-mn-si团簇的方法，其特征在于，还包括步骤：

10.一种辐照损伤商用压力容器钢，其特征在于，采用权利要求1-9中任一项所述的方法得到。

技术总结
本发明涉及一种消除辐照损伤商用压力容器钢中Ni‑Mn‑Si团簇的方法及产品。该方法将受到辐照损伤的商用压力容器钢固定在脉冲电源上，并施加一定时间的脉冲电流，评估商用压力容器钢辐照损伤程度和样品尺寸以确定脉冲电流参数和作用时间。脉冲电流处理的参数范围包括频率1Hz～2000Hz，脉宽10μs～1ms，电流10A～3000A以及作用时间1min～20h。该发明可以“原位”对受到辐照损伤的商用压力容器钢进行处理，从而大幅度降低其Ni‑Mn‑Si纳米团簇数量和恢复材料纳米硬度，同时进一步降低恢复辐照损伤商用压力容器钢所需的温度，减少大量能源消耗，符合绿色发展趋势。

技术研发人员：张新房,李澍,张宝雨
受保护的技术使用者：北京科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19