铁素体钢中碳化物对Cr元素晶界辐照诱导偏析的影响研究

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基本信息

  • 批准号：
    11705137
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    29.0万
  • 负责人：
    柳文波
  • 依托单位：
    西安交通大学
  • 学科分类：
    A3001.粒子束与物质相互作用
  • 结题年份：
    2020
  • 批准年份：
    2017
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2018-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Radiation induced segregation (RIS) will seriously affect the microstructure evolution and property degradation of materials under radiation. The mechanism of RIS of Cr near the grain boundaries (GBs) in high Cr ferritic steel is not yet fully understood. Especially, the effects of carbides on the RIS of Cr near the GBs are quite controversial. Samples containing carbides and samples containing nearly no carbides of Fe-9 at.% Cr ferritic steel were prepared. By comparing the RIS behaviors in the two types of samples under the same high-temperature self-ion radiation conditions, effects of carbide on the RIS of Cr near GBs in ferritic steel will be studied. Phase-field modeling describing the grain evolution, concentration distribution, and RIS of Cr near GBs will be explored by employing several phase-field variables. The mechanism of RIS of Cr in ferritic steel will be revealed by comparing the phase-field calculation and experimental results. The aim of this project is to reveal the mechanism of RIS of Cr through exploring the effects of grain boundary carbides and grain boundary characteristics, providing not only basic experimental data and theoretical predictive model for the RIS behavior of Cr in Cr-containing steels, but also the evaluation of composition design, microstructure control and property optimization for Cr-containing ferritic steels.
辐照诱导偏析(RIS)会严重影响材料在辐照环境下的组织演变和性能退化，目前铁素体钢中Cr在晶界处的辐照诱导偏析规律及其微观机理尚未完全确定，特别是碳化物对晶界处Cr辐照诱导偏析的影响还存在学术争议。本项目针对Fe-9 at.% Cr铁素体钢，利用热处理制备含有晶界碳化物和基本不含有晶界碳化物的试样，拟通过对相同辐照条件下两种试样晶界处Cr辐照诱导偏析的对比分析，研究铁素体钢中晶界碳化物对Cr元素辐照诱导偏析规律的影响；建立伴随着晶界移动、浓度场变化和碳化物形貌演变过程的能够对铁素体钢中晶界处Cr辐照诱导偏析进行描述的相场模型，通过模拟结果与实验结果的对比揭示晶界碳化物对Cr辐照诱导偏析的影响机制。本项目将从晶界碳化物的角度揭示Cr的辐照诱导偏析机制，为理解成分更复杂的含Cr铁素体钢中的辐照诱导偏析行为提供基础实验数据和理论预测模型，也为含Cr铁素体钢的成分设计、组织调控和性能优化提供评价。

结项摘要

铁素体/马氏体（F/M）钢由于具有优于奥氏体钢的抗辐照肿胀和抗蠕变断裂等综合性能，是一种非常有应用前景的先进核能系统候选材料。铁素体/马氏体钢主要是Fe-Cr系的合金，其中Cr的浓度范围大约为7 at.%-15 at.%。研究发现，晶界是析出相形核长大的有利位置，而铁素体/马氏体钢在晶界处常常会发现Cr元素的辐照诱导偏析（RIS）：晶界处Cr的富集会增加沉淀，从而导致材料的脆化；而晶界处Cr的耗尽可能会极大地弱化晶界的耐腐蚀性。本项目通过多尺度数值模拟和实验分析，对Fe-Cr合金晶界处的Cr元素的辐照偏析行为进行了研究。原子尺度模拟结果表明：最大离位数随着Cr含量的升高而降低，且缺陷中Cr原子比例比基体中的更低；多晶Fe-Cr合金中的晶界对于点缺陷具有很强的吸收作用，且对于间隙原子的吸收更为明显，并且Cr原子在间隙原子中的比例随温度升高而增加；Fe原子的偏析能比Cr原子更高，更容易在晶界处达到稳定，导致了晶粒内间隙型点缺陷中有更高的Cr元素含量。介观尺度模拟结果表明：温度对Fe-Cr合金晶界处Cr元素的偏析程度有明显的影响；随着基体中Cr元素含量的增加，热力学条件下晶界处Cr元素的相对浓度增量降低；引入辐照条件后，晶界处Cr元素的相对偏析量比热力学条件下的偏析量有明显增加；然而随着Cr元素含量的增加，辐照后晶界处Cr元素的相对浓度增量降低。实验结果表明：Fe-Cr合金辐照后基体中形成了大量的位错环，而Fe-9Cr-C合金中的形成的位错环的尺寸更大，这是由于C原子对位错环的“钉扎”作用阻碍其向位错、晶界等缺陷阱处迁移，因而促进了位错环的生长；高温氦辐照后的氦泡主要分布在位错环的惯习面上，形成了“气泡-位错环复合结构”，进一步分析发现Cr元素在“气泡-位错环复合结构”上存在明显的富集现象。本项目的研究，不仅从理论模拟和实验表征上对Fe-Cr合金中的界面处Cr元素的偏析行为进行了揭示，而且能为铁素体/马氏体钢中Cr元素含量的优化提供理论指导和实验支撑，具有工程意义。

项目成果

期刊论文数量（10）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（0）
A new treatment of alloying effects on migrating interfaces in Fe-X alloys
Fe-X 合金中迁移界面合金化效应的新处理
  • DOI：
    10.1016/j.scriptamat.2018.10.034
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    Scripta Materialia
  • 影响因子：
    6
  • 作者：
    Zhang C.-Y.;Chen H.;Zhu J.-N.;Liu W.-B.;Liu G.;Zhang C.;Yang Z.-G.
  • 通讯作者：
    Yang Z.-G.
Effects of grain boundaries on the radiation-induced defects evolution in BCC Fe-Cr alloy: A molecular dynamics study
晶界对 BCC Fe-Cr 合金辐射诱发缺陷演化的影响：分子动力学研究
  • DOI：
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  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
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  • 影响因子：
    2.6
  • 作者：
    Zhang Jiahui;He Huan;Liu Wenbo;Kang Long;Yun Di;Chen Piheng
  • 通讯作者：
    Chen Piheng
DIC/EBSD Coupling Analysis of Microstructure Evolution and Strain Localization During Bending of Al-Li Alloy
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  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    Rare Metal Materials and Engineering
  • 影响因子：
    0.7
  • 作者：
    Jin Xiao;Zhang Guodong;Xue Fei;Zhao Yanfen;Liu Wenbo
  • 通讯作者：
    Liu Wenbo
A Coupled EBSD/TEM Analysis of the Microstructure Evolution of a Gradient Nanostructured Ferritic/Martensitic Steel Subjected to Surface Mechanical Attrition Treatment
经表面机械磨损处理的梯度纳米结构铁素体/马氏体钢的微观结构演变的 EBSD/TEM 耦合分析
  • DOI：
    10.3390/ma12010140
  • 发表时间：
    2019-01-01
  • 期刊：
    MATERIALS
  • 影响因子：
    3.4
  • 作者：
    Liu, Wenbo;Jin, Xiao;Chen, Piheng
  • 通讯作者：
    Chen, Piheng
Effects of Silicon Content and Tempering Temperature on the Microstructural Evolution and Mechanical Properties of HT-9 Steels
硅含量和回火温度对HT-9钢组织演变和力学性能的影响
  • DOI：
    10.3390/ma13040972
  • 发表时间：
    2020-02
  • 期刊：
    Materials
  • 影响因子：
    3.4
  • 作者：
    Liu Junkai;Liu Wenbo;Hao Zhe;Shi Tiantian;Kang Long;Cui Zhexin;Yun Di
  • 通讯作者：
    Yun Di

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其他文献

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  • 通讯作者：
    杨朝曦

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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