针对钠冷快中子增殖反应堆(简称快堆)燃料元件包壳材料316以及15-15Ti奥氏体不锈钢,讨论了通过晶界工程(grain boundary engineering,GBE)技术进一步提高材料抗辐照肿胀以及抗蠕变性能的可行性.通过GBE技术能够大幅增加材料中与孪晶相关的低Σ重合位置点阵(coincidence site lattice,CSL)晶界比例.快堆燃料元件包壳在固溶退火处理后还要经过20%左右的冷加工变形,目的是在显微组织中引入大量位错,吸收由辐照产生的点缺陷,并增加吸收裂变产物的陷阱.如果在这样的冷加工变形前大幅提高材料的低ΣCSL晶界比例,使冷加工变形时的位错滑移在具有特殊取向关系的晶粒间的传播以及位错在特殊结构晶界处的堆积排列发生变化,那么就有可能使冷加工后位错的分布状态有利于吸收更多的由辐照产生的点缺陷,提高材料抗辐照肿胀的能力.
使用连续截面法结合三维电子背散射衍射(three-dimensional electron backscatter diffraction,3D-EBSD)方法对316L不锈钢的晶界进行三维重构,并采用平面近似度定量描述了晶界的形貌特征,从三维尺度研究了晶界工程处理对316L不锈钢晶界形貌的影响。结果表明:使用平面近似度可以区分简单平面状和复杂曲面状晶界。316L不锈钢中孪晶界与其余晶界的平面近似度均符合Gamma分布。晶界工程处理的316L不锈钢中晶界的平面近似度整体下降,表明晶界工程处理促进了更多复杂曲面状晶界的形成。
运用扫描电子显微镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)和取向成像显微技术(OIM)研究了690合金的晶界特征分布及晶界特征分布对晶间腐蚀性能的影响。低ΣCSL(coincidence site lattice,Σ≤29)晶界比例高(72.5%)时会出现大尺寸的晶粒团簇,团簇内部晶粒互有Σ3n取向差关系。当低ΣCSL晶界比例低(46.7%)时,这种晶粒团簇的大小和内含Σ3n晶界数量都降低。运用Palumbo-Aust标准统计晶界特征分布时,大尺寸的晶粒团簇之间的随机晶界的连通性几乎不会被打断;但运用Brandon标准统计时,这些随机晶界连通性明显被一些相对偏差较大的低ΣCSL晶界打断。低ΣCSL晶界比例高的样品比低ΣCSL晶界比例低的样品明显耐晶间腐蚀。
