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摘要

基于WBM相场模型对热力学条件和辐照条件下Fe-Cr合金晶界处Cr元素偏析行为进行了模拟. 模拟结果表明温度对Fe-Cr合金晶界处Cr元素的偏析有很大影响: 当温度低于500 ℃时, 晶界处的偏析量很小; 而当温度高于500 ℃时晶界处的偏析量增加明显. 基体中Cr元素含量对晶界Cr元素的相对偏析量也有显著影响: 随着基体中Cr元素含量的增加, 相同模拟条件下晶界处Cr元素的相对浓度增量降低. 辐照条件下, 晶界处Cr元素的相对偏析量比热力学条件下的相对偏析量有明显增加; 随着辐照剂量率的提高, 晶界中心处Cr元素浓度增量变大; 相同辐照条件下, 随着Cr元素含量的增加, 晶界处Cr元素的相对浓度增量也降低.

关键词:

Abstract

Ferritic/martensitic steel, with Cr atomic content in a range of 7%–15%, is a promising candidate for advanced nuclear power systems, due to its swelling resistance and creep fracture resistance under irradiation. Under thermodynamic conditions, Cr segregation usually occurs at grain boundary (GB) in Fe-Cr alloys. However, irradiation can greatly accelerate this process. The enrichment of Cr at GB will enhance precipitation, resulting in embrittlement; while the depletion of Cr at GB may greatly weaken the corrosion resistance properties. In the present work, thermodynamic segregation and radiation-enhanced segregation of Cr element at GB in Fe-Cr alloy is investigated by using the Wheeler-Boettinger-McFadden (WBM) phase-field model. The simulation results show that temperature has a great influence during thermodynamic segregation of Cr at the GB without radiation: when the temperature is lower than 500 ℃ the segregation amount of Cr at the GB is relatively small; when the temperature is higher than 500 ℃ the Cr concentration at GB increases significantly. In addition, as the concentration of Cr in the matrix increases, the amount of relative increase of Cr concentration at GB decreases. However, the Cr concentration at GB under irradiation is significantly enhanced, compared with the counterpart without irradiation. With the increase of dose rate, the Cr concentration in the center of GB also increases. Moreover, with the increase of Cr concentration in the matrix, the relative increase of the Cr concentration at the GB weakens.

Keywords:

作者及机构信息

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通信作者:柳文波,liuwenbo@xjtu.edu.cn

基金项目:国家自然科学基金青年科学基金(批准号: 11705137)、国家自然科学基金委员会-中国工程物理研究院联合基金(批准号: U1830124)、中国博士后科学基金(批准号: 2019M663738)、中国核工业集团有限公司领创科研项目和中央高校基本科研业务费专项资金资助的课题

Authors and contacts

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Corresponding author:Liu Wen-Bo,liuwenbo@xjtu.edu.cn

Funds:Project supported by the Young Scientists Fund of the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 11705137), the Joint Fund of the National Natural Science Foundation of China and The China Academy of Engineering Physics (Grant No. U1830124), the China Postdoctoral Science Foundation (Grant No. 2019M663738), the Innovative Scientific Program of CNNC, and the Fundamental Research Fund for the Central Universities, China

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物理参数	数值	参考文献
d/m	$ 2.49\times {10}^{-10} $
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