质子辐照下RPV钢中NiMnSi团簇演化及G相形成机制研究

《Journal of Materials Science & Technology》：Evolution of NiMnSi clusters in RPV steel under proton irradiation

本文通过原子探针断层扫描（APT）和透射电子显微镜（TEM）研究了16MND5商用RPV钢在563K质子辐照下NiMnSi团簇的演化规律。研究发现Cu富集团簇可催化NiMnSi团簇形核，随着辐照损伤增至1.62 dpa，团簇元素比例接近G相（Ni16Mn6Si7），TEM证实其具有G相结构特征，为核电站压力容器延寿设计提供关键实验依据。

　　

Highlight

纳米硬度

根据Nix-Gao模型方程，获得不同辐照损伤样品的纳米硬度（表1）。未辐照样品的纳米硬度为2.30 GPa，当辐照损伤达到0.5 dpa时，纳米硬度显著增加至3.13 GPa。随着辐照损伤进一步增加，纳米硬度值呈现轻微波动。综合考虑误差，可以认为硬化在0.5 dpa时达到饱和。

通过氢离子注入提高模拟峰值氢浓度对NiMnSi团簇演化的影响

SRIM模拟结果表明，在峰值辐射损伤区域内氢离子浓度显著增加，特别是在辐照损伤为1.62 dpa的样品中，浓度超过50%（图2(e)）。因此，需要谨慎考虑氢对微观结构的影响。

图9展示了氢离子注入过程中氢扩散的三种可能路径。第一种路径中，氢离子预计会扩散至表面并释放；第二种路径可能通过晶界扩散；第三种路径则可能被空位等缺陷捕获。

结论

通过纳米压痕、原子探针断层扫描（APT）和透射电子显微镜（TEM）研究了16MND5商用RPV钢在563K质子辐照后的力学性能和微观结构，得出以下结论：

1. 1.
   辐照后样品的纳米硬度增加，当辐照损伤大于0.5 dpa后硬度变化不大，这可能是因为形成的NiMnSi团簇的体积分数已接近饱和。
2. 2.
   APT结果表明，在低辐照损伤下...（后续内容根据原文结论部分展开，此处略以控制长度）