第36卷第2期 北京科技大学学报 Vol.36 No.2 2014年2月 Journal of University of Science and Technology Beijing Feb.2014 RPV模拟钢中相界面处原子的偏聚特征 冯 柳2)，周邦新)四，刘文庆1》，王均安》，王晓姣) 1)上海大学材料研究所，上海2000722)山东理工大学分析测试中心，淄博2550493)上海大学微结构重点实验室，上海200444 ☒通信作者，E-mail:zhoubx@shu.edu.cm 摘要采用原子探针层析技术研究了核反应堆压力容器模拟钢中AN相/aFe基体、富Cu相/aαFe基体和AlN相/富Cu 相三种相界面处Ni、Mn、P和C原子的偏聚特征.压力容器模拟钢经890℃保温0.5h水淬，然后在500℃进行了20h的时效 处理.分析结果表明：Ni、Mn、C和P原子在富Cu相/AlN相界面上不发生偏聚；而在AlN相/aFe基体和富Cu相/aFe基体 两种相界面上都会发生偏聚，且偏聚特征无明显区别，都是M的偏聚倾向大于Ni,C的偏聚倾向大于P. 关键词压水堆：压力容器：铁素体钢：相界面：偏聚：氮化铝 分类号TG142.74 Atomic segregation characteristics on phase boundaries in RPV model steel FENG Liu2),ZHOU Bang-xin,LIU Wen-qing,WANG Jun-an3),WANG Xiaojiao) 1)Institute of Materials,Shanghai University,Shanghai 200072,China 2)Analysis and Testing Center,Shandong University of Technology,Zibo 255049,China 3)Laboratory for Microstructures,Shanghai University,Shanghai 200444,China Corresponding author,E-mail:zhoubx@shu.edu.cn ABSTRACT The segregation characteristics of Ni,Mn,P and C atoms at the phase boundaries of AlN/a-Fe matrix,Cu-rich precip- itate/a-Fe matrix and AIN/Cu-rich precipitate in reactor pressure vessel (RPV)model steel were investigated by atom probe tomo- graphy (APT).RPV model steel specimens were heat treated at 890C for 0.5h followed by water quenching and aging at 500C for 20 h.The results demonstrate that Ni,Mn,C and P atoms do not segregate to the Cu-rich phase/AlN phase boundary,only segregate to the AlN/aFe and Cu-rich nanophase/aFe phase boundaries,and their segregation characteristics have no significant differences.It is also observed that Mn has a larger segregation tendency than Ni,and C has a larger than P at both different phase boundaries of Cu- rich nanophase/o-Fe and AlN/a-Fe. KEY WORDS pressurized water reactors:pressure vessels:ferritic steel:phase boundaries:segregation:aluminum nitride 溶质或杂质原子在界面的偏聚会引起界面结构 目前压水堆核电站所用压力容器(RPV)钢为 及界面能的变化，对材料的力学、物理、化学等性能 Mn-Ni-Mo低合金铁素体钢(A508一Ⅲ钢)，由钢包 产生显著的影响，因此界面偏聚问题一直是材料科 精炼、真空浇铸等先进技术治炼而成回，在治炼过 学领域的一个研究热点.因为界面仅有几个原子层 程中通常添加少量A!来进行脱氧和细化晶粒.当 的厚度，所以对界面的研究方法也提出了更高的要 RPV钢中溶解状态的N与Al质量分数比值为0.54 求.原子探针层析(APT)方法0，因其具有较高的空间 时，可以改善钢的韧性，降低辐照脆化敏感性.同 分辨率，可以获得材料中不同原子在纳米尺度空间的 时，AN析出后与基体形成新的相界面，会引起钢中 分布，己成为分析界面上原子偏聚的有力工具. 溶质原子或杂质原子向相界面偏聚.C和P为 收稿日期：2012-12-24 基金项目：国家重点基础研究发展规划资助项目(2011CB610503):国家自然科学基金重点资助项目(50931003)：上海市重点学科建设资助项 目(S30107) DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2014.02.009:http://journals.ustb.edu.cn第 36 卷 第 2 期 2014 年 2 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 36 No． 2 Feb． 2014 ＲPV 模拟钢中相界面处原子的偏聚特征 冯 柳1，2) ，周邦新1，3) ，刘文庆1，3) ，王均安1，3) ，王晓姣1，3) 1) 上海大学材料研究所，上海 200072 2) 山东理工大学分析测试中心，淄博 255049 3) 上海大学微结构重点实验室，上海 200444  通信作者，E-mail: zhoubx@ shu． edu． cn 摘 要 采用原子探针层析技术研究了核反应堆压力容器模拟钢中 AlN 相/α-Fe 基体、富 Cu 相/α-Fe 基体和 AlN 相/富 Cu 相三种相界面处 Ni、Mn、P 和 C 原子的偏聚特征． 压力容器模拟钢经 890 ℃保温 0. 5 h 水淬，然后在 500 ℃ 进行了 20 h 的时效 处理． 分析结果表明: Ni、Mn、C 和 P 原子在富 Cu 相/AlN 相界面上不发生偏聚; 而在 AlN 相/α-Fe 基体和富 Cu 相/α-Fe 基体 两种相界面上都会发生偏聚，且偏聚特征无明显区别，都是 Mn 的偏聚倾向大于 Ni，C 的偏聚倾向大于 P． 关键词 压水堆; 压力容器; 铁素体钢; 相界面; 偏聚; 氮化铝 分类号 TG 142. 74 Atomic segregation characteristics on phase boundaries in ＲPV model steel FENG Liu1，2) ，ZHOU Bang-xin1，3)  ，LIU Wen-qing1，3) ，WANG Jun-an1，3) ，WANG Xiao-jiao1，3) 1) Institute of Materials，Shanghai University，Shanghai 200072，China 2) Analysis and Testing Center，Shandong University of Technology，Zibo 255049，China 3) Laboratory for Microstructures，Shanghai University，Shanghai 200444，China  Corresponding author，E-mail: zhoubx@ shu． edu． cn ABSTＲACT The segregation characteristics of Ni，Mn，P and C atoms at the phase boundaries of AlN/α-Fe matrix，Cu-rich precip￾itate /α-Fe matrix and AlN/Cu-rich precipitate in reactor pressure vessel ( ＲPV) model steel were investigated by atom probe tomo￾graphy ( APT) ． ＲPV model steel specimens were heat treated at 890 ℃ for 0. 5 h followed by water quenching and aging at 500 ℃ for 20 h． The results demonstrate that Ni，Mn，C and P atoms do not segregate to the Cu-rich phase /AlN phase boundary，only segregate to the AlN/α-Fe and Cu-rich nanophase /α-Fe phase boundaries，and their segregation characteristics have no significant differences． It is also observed that Mn has a larger segregation tendency than Ni，and C has a larger than P at both different phase boundaries of Cu￾rich nanophase /α-Fe and AlN/α-Fe． KEY WOＲDS pressurized water reactors; pressure vessels; ferritic steel; phase boundaries; segregation; aluminum nitride 收稿日期: 2012--12--24 基金项目: 国家重点基础研究发展规划资助项目( 2011CB610503) ; 国家自然科学基金重点资助项目( 50931003) ; 上海市重点学科建设资助项 目( S30107) DOI: 10． 13374 /j． issn1001--053x． 2014． 02． 009; http: / /journals． ustb． edu． cn 溶质或杂质原子在界面的偏聚会引起界面结构 及界面能的变化，对材料的力学、物理、化学等性能 产生显著的影响，因此界面偏聚问题一直是材料科 学领域的一个研究热点． 因为界面仅有几个原子层 的厚度，所以对界面的研究方法也提出了更高的要 求． 原子探针层析( APT) 方法［1］，因其具有较高的空间 分辨率，可以获得材料中不同原子在纳米尺度空间的 分布，已成为分析界面上原子偏聚的有力工具． 目前压水堆核电站所用压力容器( ＲPV) 钢为 Mn--Ni--Mo 低合金铁素体钢( A508--Ⅲ钢) ，由钢包 精炼、真空浇铸等先进技术冶炼而成［2］，在冶炼过 程中通常添加少量 Al 来进行脱氧和细化晶粒． 当 ＲPV 钢中溶解状态的 N 与 Al 质量分数比值为 0. 54 时，可以改善钢的韧性，降低辐照脆化敏感性［3］． 同 时，AlN 析出后与基体形成新的相界面，会引起钢中 溶质原子或杂质原子向相界面偏聚． Cu 和 P 为