[发明专利]一种基于多因素耦合的低活化结构材料及其设计方法

摘要

本发明涉及一种基于多因素耦合的低活化结构材料及其设计方法，属于金属材料技术领域。本发明所述的结构材料兼具低活化、抗辐照、耐高温及抗腐蚀性能，满足聚变堆或其他快中子堆在苛刻的复杂服役环境中的要求。本发明所述的设计方法中，采用核设计优化与辐射安全评价软件系统SuperMC计算的方法筛选出低活化元素及其含量的控制范围，得到的结果准确可靠，减少实验成本和时间；该方法可根据具体服役环境对低活化结构材料性能的要求不同，设计出不同成分的材料，避免了“炒菜式”的材料设计方法所带来的成本上的浪费，节约时间和成本，自由灵活。

主权项

1.一种基于多因素耦合的低活化结构材料，其特征在于：以所述低活化结构材料的总质量为100％计，所述低活化结构材料的各组成成分及其质量分数如下：Cr 2～20％，W 0.1～4％，V 0.05～1％，Ta 0.05～1％，Mn≤1.00％，C≤0.2％，N≤0.08％，Si≤0.2％，Al≤0.1％，Ni≤0.05％，Nb≤0.01％，Co≤0.05％，Cu≤0.05％，Mo≤0.05％，P≤0.05％，S≤0.05％，O≤0.05％，其余为Fe；/nCr含量为2～7％时，所述低活化结构材料设计为贝氏体组织；Cr含量为7～20％时，所述低活化结构材料设计为马氏体组织；/n所述低活化结构材料是采用如下设计方法获得的：/n步骤1.低活化设计/n根据低活化结构材料在反应堆内的具体位置，利用中子输运理论计算法选出低活化元素的种类C、Cr、W、V、Mn、Ta、Si和N，以及各低活化元素含量的上限值，使结构材料辐照后的活化程度满足需求；/n步骤2.抗腐蚀设计/n基于抗液态Pb基合金溶解腐蚀的原理，优化在Pb基合金中的溶解严重的Cr、V的含量；/n步骤3.抗辐照设计/n根据低活化结构材料所受的辐照条件，通过模拟计算以及核材料辐照数据库统计分析，优化Cr、Si的含量，满足服役条件下抗辐照性能的要求；/n步骤4.耐高温设计/n通过核材料高温性能数据库统计分析钢铁材料高温服役性能下降的主要原因，优化Cr、W、V、Ta、C的含量，满足低活化结构材料在高温服役条件下的要求；/n步骤5.根据具体的服役环境，确定辐照后产生长寿命放射性核素的元素N、Al、Ni、Nb、Co、Cu、Mo以及杂质元素P、S、O的上限值，综合分析步骤1～4，获得基于多因素耦合的具有低活化、耐腐蚀、抗辐照、耐高温性能的低活化结构材料。/n